ENERJİ İLETİM SİSTEMLERİ

GİRİŞ Üretim istasyonunda üretilen elektrik enerjisi yüksek gerilim iletim hatları üzerinden kullanım (tüketim) alanlarına iletilir. Şu anki teknoloji açısından üretilen güç iletilirken kayıpların en aza indirgenmesi buna karşılık aynı yapı içerisinde kapasitenin artırılması amaçlanmaktadır. Kayıpların azaltılması iletim hatlarında incelenen en önemli konulardan biridir.

İLETİM HATTI PARAMETRELERİ Bir elektrik iletim hattı seri bir direnç, seri endüktans, paralel kapasitans ve yine paralel iletkenlik değerinden oluşur. Bir iletim hattı modellenirken en önemli parametre seri direnç ve endüktif reaktans değeridir. Bazı durumlarda paralel kapasitans ve iletkenlik ifadelerinin ihmal edilmesi mümkündür.

İLETİM HATTI PARAMETRELERİ Bu bölümde yukarıda bahsi geçen parametrelerin belirlenmesi işlemi iletim hattının boyu, kullanılan iletkenin tipi, ve birbirleri arasındaki mesafe tabanında hesaplanacaktır. Bir kablo veya birbirinden izole edilmemiş kabloların birleşimi İLETKEN olarak adlandırılmaktadır. İletkenler kabloların birleşiminden oluşmakta ve yapı olarak ise burulmuş veya örgü yapısındadırlar. Ortak merkezli bir yapı ile organize edilmiş olan iletken, her birisinde art arda gelen katman altı (6) veya daha fazla kablo yapısı içerir şekildedir ve diğerini takip eder. İki temel yapılanma vardır. Bunlar: #Tek kablo çekirdekli #Üç kablo çekirdekli

İLETKEN TİPLERİ VE İLETKEN MALZEMELERİ Havai EHV ve UHV iletim sistemlerindeki faz iletkenleri genellikle ALÜMİNYUM veya ALÜMİNYUM-ÇELİK birleşimidir. Pekçok çeşit kablo türü mevcuttur. Bunlar: A. Alüminyum İletkenler 5 çeşit tasarım şekli mevcuttur: 1. Homojen tasarım: bunlar hepsi Al iletken veya (All-Aluminum-Conductors (AAC)) hepsi Al-Alaşım iletkenler (All-Aluminum-Alloy Conductors (AAAC)). 2. Kompozit tasarım: bunlar temelde çelikle güçlendirilmiş çelik çekirdekli Al iletkenlerdir (aluminum conductor-steel-reinforced conductors (ACSR)). 3. Genişletilmiş ASCR: bunlar katı Al kullanan çelik çekirdekli yapılardır. 4. Alüminyum-giydirilmiş iletkenler (Alumoweld). 5. Alüminyum-kaplanmış iletkenler. B. Çelik İletkenler Çinko kaplanmış ve çeşitli kalınlıklardaki galvanizlenmiş çelik iletkenlerdir.

HAT DİRENCİ Bu parametre enerji iletim hatlarında enerji kaybına sebep olan en önemli parametredir. DC deki direnç ifadesine benzer şekilde hesaplanır. İletim hattı iletkenlerinin direncinin bulunmasında yukarıdaki ifadenin kullanılmasında bazı kısıtlar vardır. Bunlar:

HAT DİRENCİ İletkenin sarım şekli, İletkenden AC akarken akım, iletkenin kesit alanı boyunca homojen dağılıma sahip değildir.bu etkiye DERİ ETKİSİ denir ve direnç değerini artırır. Magnetik iletkenlerin direnci akımın şiddeti ile değişir. İletim hatlarında birbirine çok yakın iletkenler arasında yüksek akım yoğunluğundan dolayı uniform olmayan yüksek akım dağılımı oluşur. Birbirine çok yakın iletkenler arasında oluşan bu etkiye YAKINLIK ETKİSİ denir.

HAT ENDÜKTANSI: Tek fazlı iki kablolu hattın endüktansı Hat endüktans değeri diğerleriyle karşılaştırıldığında empedansı etkileyen en önemli parametredir. Tek fazlı iki kablolu hattın endüktansı hesaplanırken aşağıdaki şekilde verildiği gibi bir geometri göz önüne alınır. 1. iletkenden geçen akımdan dolayı 1. iletkene ait toplam endüktans değeri:

TEK FAZLI İKİ KABLOLU HATTIN ENDÜKTANSI 2. iletkenden geçen akımdan dolayı 2. iletkene ait toplam endüktans değeri: L1 ve L2 faz endüktanslarıdır. Sistemin toplam endüktans değeri:

TEK FAZLI İKİ KABLOLU HATTIN ENDÜKTANSI r’ değeri geometrik ortalama yarıçap (GMR) değeridir. Amerikan standartlarına göre endüktif reaktans değerinin hesaplanmasında log10 kullanılır. Bu dönüşüm yapıldığında aynı özellikteki iletkenler için reaktans değeri: Logaritmik ifadenin genişletilmesi ile:

TEK FAZLI İKİ KABLOLU HATTIN ENDÜKTANSI Bu ifadenin ilk terimi Xd ikinci terimi ise Xa olarak isimlendirilir. Xd=klogD ifadesi aralık faktörünün endüktif reaktans değeridir. Xa=klog(1/r’) ifadesi ise 1 ft lik aralıktaki endüktif reaktans değeridir. SORU: ACABA ft ve mil BİRİMLERİ DEĞİLDE SI BİRİMLERİ KULLANILSA İDİ k DEĞERİ NE OLURDU?

ÖRNEK Yarıçapları 0.08 ft olan iletkenleri arasındaki mesafesi ise 25 ft olan tek fazlı hattın faz başına ve herbir mil değeri için endüktif reaktans değerini bulunuz. ÇÖZÜM:

SARGILI (Bundle-Bohça) İLETKENLER 230 kV (EHV) un üzerindeki gerilim değerlerinde faz başına tekbir iletkenin kullanıldığı devrelerde CORONA ETKİSİ oldukça büyük bir önem kazanır. Öyleki; bu durumda hem kayıplar ve hem de haberleşme hatları ile olan etkileşim daha da artar. Corona etkisi yüksek gerilim gradyentinin bir sonucudur. Bu gradyent değeri faz başına daha fazla iletkenin kullanılması ile giderilebilir. Bu iletkenler fazlar arası mesafe ile karşılaştırıldıklarında çok daha yakın konumdadırlar. Böylesi iletkenlere SARGILI (Bundle) İLETKENLER denir. Sargı, çevresinde yapılandırılmış 2 veya daha fazla iletkenden oluşur ve bu çevreye de SARGI ÇEVRESİ denir. Sargılı tip iletken kullanmanın bir diğer onemli getirisi ise hat reaktansını hem seri ve hem de paralel olarak azaltmasıdır. Sargılı iletkenlerin analizi çok iletkenli yapının özel bir çözümüdür.

SARGILI (Bundle) İLETKENLER

TEK FAZLI SİMETRİK SARGILI İLETKEN HATTININ ENDÜKTANSI Yukarıdaki en altta verilen şekilde N adet alt-iletkenin yarıçapı A olan bir çember etrafında sargılı tip yapı ile yapılandırıldığı varsayılsın. Burada yan yana iki iletken arasındaki açı 2p/N dir. Burada GMD: İletkenlerin kendi aralarındaki mesafe faz iletkenleri arasındaki mesafe ile karşılaştırılacak olursa tüm mesafeler D olarak alınabilir. Böylece: Geometrik ortalama yarıçap (GMR)

TEK FAZLI SİMETRİK SARGILI İLETKEN HATTININ ENDÜKTANSI Bu durumda endüktans değeri: Pekçok durumda iletkenler arası mesafe verilir. Buradan da yarıçap değeri A: kolayca hesaplanabilir.

ÖRNEK Şekilde verilen 1000-kV, tek fazlı, faz başına 8 alt iletkenden oluşmuş sargılı tip iletim hattı yapısı için fazlar arası mesafe D1 = 18 m dir. Alt iletkenler arası mesafe ise S = 50 cm dir. Her bir alt iletkenin çapı 5 cm olduğuna göre; Hat endüktansını hesaplayınız.

ÇÖZÜM