eem0108 elektrik-elektronik mühendisliğinde...2018/05/13 · demir direkler iletkenlerin her...

Dr.Öğr.Üyesi Muhammed Fatih KULUÖZTÜ[email protected]

EEM0108 Elektrik-Elektronik MühendisliğindeMalzemeElektrik İletim Bileşenleri

EEM0108 Elektrik-Elektronik Mühendisliğinde Malzeme Dr.Öğr.Üyesi Muhammed Fatih KULUÖZTÜRK

İletkenler

Elektrik enerjisinin taşınması ve dağıtılmasında genel olarak bakır, tam alüminyum(AAC) ve çelik özlü alüminyum (ACSR) iletkenler kullanılır.* Tam alüminyum iletken ( AAC-All Alumınıum Conductors )* Çelik özlü alüminyum iletken ( ACSR-Alumınıum Conductors Steel Reınforced )* Çelik alüminyum ( St. Al-Steel Aluminium )

Ulusal Eneterkonnekte ŞebekesindeKullanılan İletkenler

• 154kV EİH larında genel olarak:– 477000CM=477MCM (Hawk)– 795MCM(Drake)– Nadiren de 266.8 MCM (Patridge)• 380kV EİH larında genel olarak:– 954MCM (Rail yada Cardinal) tipi iletkenler kullanılmaktadır.• Dağıtım ve Kırsal hatlarda ise çoğunlukla (OG Hatları)• 3AWG (Swallow)• 1/0 AWG (Rawen)• 3/0 AWG (Piegon)Tipi Çelik-Alimünyum iletkenler kullanılmaktadır.Özel durumlarda, 31.5 ve 34.5 kV OG hatlarında için 266.8MCM ve 477MCM tipi iletkenler de kullanılmaktadır.


İletkenlerYüksek gerilim hava hatlarında kullanılan iletkenlerin, hem enerji taşıma kapasitesi bakımından hem de mekanik dayanımyönden uygun olarak seçilmesi gerekir.

İletkenler, gerekli esnekliği sağlamak, askı ve gergi noktalarında oluşan titreşimler sebebiyle kopmanın önlenmesi amacıylaspiral şekilde örgülü olarak yapılır.

Spiral şeklinde orgulu yapılmış iletkenlerde her bir damarın yüzeyinde meydana gelen kir ve oksit tabakaları sebebiyle akım,damardan damara değil de spiral orgunun içinde akar. Bu bakımdan örgülü iletkenlerin direnç ve endüktansları, dolayısıylaendüktif reaktansları aynı kesit ve cinsteki örgülü olmayan iletkenlere göre daha büyüktür. Endüktans artışını azaltmak için,katlardaki damarlar birbirlerini izleyen katlarda ters yönde konsantrik olarak yapılır.

Ayrıca iletim hatlarının geçtiği güzergâhlarda buz yükleri de dikkate alınmak zorundadır. Ülkemizde 5 buz yükü bölgesi olduğuunutulmamalıdır.

Elektrik enerjisinin kullanımı açısından hayati öneme sahip enerji iletim hatlarının incelenmesi için elektriksel eşdeğerdevrelerden yararlanılır.

Bu eşdeğer devreler hattın uzunluğu ile orantılı olarak değerleri değişen R, L, ve C elemanlarından oluşmaktadır.


İletkenler

Burada, R; hattın omik direncini, L; hattın endüktansını ve C de hat iletkenlerinin birbiri arasındaki (CLE ) ve hattın toprağagöre (CE ) kapasitelerinin toplamını temsil etmektedir. Kısa hatlarda kapasitif etki hesaplamalarda kullanılmaz.

Enerji iletim hatları uzunluklarına göre;• Kısa iletim hatları (0 – 80 km)• Orta uzunluktaki iletim hatları (80 – 240 km)• Uzun iletim hatları (>240 km)Şeklinde üç ana başlık altında sınıflandırılır.


Elektrik İletimi


İletken Özellik ve Standartları


İletken Seçiminde Ölçütler

1. İLETKENLİK: İletkenlik veya geçirgenlik, kullanılan metalin cinsine göre değişir. Gümüş, çok iyi iletken olmasına rağmen,pahalı olması sebebi ile tercih edilmez. Bakır iletken de alüminyum iletkene göre daha iyi iletken olmasına rağmen ağır vepahalı oluşundan dolayı seçilmez. Galvanizlenmiş çelik tel ile tam alüminyum veya alüminyum alaşımı olan aldreyiletkenler hava hatlarında çok kullanılır. İki aynı metalden yapılan iletkenin kullanışlı olmasının nedeni çelik tel ilealüminyum tel arasında hiçbir kimyevi bağıntının olmamasıdır. Çelik tel sadece dayanım bakımından önemlidir. Esasiletkenlik görevini Alüminyum tel yerine getirir.

2. KORONAYA KARŞI DAYANIKLILIK: Hava hatlarında uygulanan gerilime bağlı olarak özellikle nemli ve sisli havalardailetkenin etrafında mor renkli ışık halkaları görülür. Buna korona olayı denir. Eğer iletkenin etrafında bir zedelenme varsave iletkenin etrafındaki bu ışıklı silindirler birbirine temas edecek olursa iletkenin yüzeyinde delinmeler olur. Dolayısıyla budurum iletken yüzeyinin iyonize olarak aşınmasına sebep olur. Hava hatlarında kullanılan iletkenlerin korona olayının buolumsuz etkisine karşı dayanıklı ve yüzeyinin düzgün olmasına dikkat edilmelidir.

3. ÇAP: Yüksek gerilimli hava hatlarında örgülü alüminyum veya çelik örgülü alüminyum iletkenler kullanılır. Alüminyumiletkenler bakır iletkenlere göre daha az iletkenlik gösterdiğinden çapları daha fazla olur. İletken çapı üzerinde buz verüzgâr yükü etkili olduğundan iletkenlerin seçilmesinde bu durum göz önünde bulundurulmalıdır.



4. ÖZGÜL AĞIRLIK: Hava hatlarında kullanılan iletkenlerin özgül ağırlıkları azolursa durdurucu direğe gelen çekme kuvveti de az olur. İletkenlerin mekanikolarak zorlanmasına özgül ağırlığının etkisi büyüktür. Bu sebeple havahatlarında kullanılan iletkenlerin özgül ağırlığının küçük olması gerekir. Özgülağırlığının küçük olmasıyla direk ve hava hattı donanım malzemelerindeekonomi sağlanır.5. SEHİM (SALGI): Yüksek gerilim enerji nakil hatlarında direkler arasınaçekilen bir enerji nakil iletkeni kendi ağırlığı nedeni ile sarkar. Gerilmiş olaniletken uçlarının bağlı olduğu iki izolatör arasındaki var sayılan doğru çizgi ileiletkenin en çok sarktığı yer arasındaki uzaklığa sehim denir.

Hava hattı iletkenleri durdurucu direkler arasına iletkenin cer (çekme vegerilme) kuvveti, ağırlığı, rüzgâr yükü, buz yükü, iklim şartları ve direkler arasıuzaklık dikkate alınarak çekilir. Sehim hava hattı direklerinin geçeceği yerinarazi şekli ve iklim koşullarına göre ayrılmış, bölgelerin durumlarına görehazırlanmış olan cetvellerden veya formüllerden hesaplanır.

f = Sehim (m)

P = Gerilme (kg/cm2)

G = İletkenin yoğunluğu (kg/dm3)

a = İki direk arasındaki uzaklık (m)



6. MEKANİK DAYANIKLILIK: Enerji nakil hatlarında kullanılan iletkenlerin mekanik dayanımlarının önceden bilinmesiönemlidir. Hava hatlarında kullanılan iletkenler dış tesirlerin etkisinde kalır. Rüzgâr, buz, kar, sıcak ve soğuk havanın etkisindebulunan iletkenler tüm bu olumsuz şartlara dayanıklı olmalıdır. İletkenlerin mekaniksel olarak dayanıklılığı örgülü alüminyumtellerin iç kısmında ve orta yerde bulunan galvanizli çelik tellerle sağlanır. Eğer iletkenin mekaniksel dayanımı az olursa dıştesirlerin etkisiyle kopabilir. Kopan iletken başka bir hat üzerine düşebilir. Bütün bu durumların önlenmesi için mekanik kopmadayanıklılığının yüksek olması gereklidir.

7. ISIYA KARŞI DAYANIKLILIK: YG hava hatlarında örgülü çelik alüminyum iletkenler çok kullanılır. Bilindiği gibi üzerinden akımgeçen iletken ısınır. İletkenler yaz aylarında hava sıcaklığının artması dolayısıyla daha da ısınır. İletkenin bu ısı artışı sonucuboyu uzar ve sarkma olur. Havanın sıcaklığından dolayı ısı artışı neticesi iletkendeki sarkma sehim hesaplarında dikkatealınmalıdır. Alüminyum iletkenler havadaki hafif bir rüzgârla bile soğuyabilir. Ancak rüzgâr olmadığı ve hava sıcaklığı fazlaolduğu zaman iletkendeki uzama çok fazla olur. Bu sebeple alüminyum iletkenin sıcaklıkla orantılı olarak uzama kat sayısınınönceden bilinmesinde fayda vardır.


İzolatörler

Enerji nakil hava hatlarında kullanılan iletkenleri hem taşımaya hem de toprak ile diğer iletkenlere karşı izole etmeye yarayanşebeke malzemelerine izolatör denir. İzolatörler, elektrik akımına karşı büyük direnç gösteren, sıcak ve soğuk hava şartlarınadayanıklı malzemeler olan porselen ve camdan imal edilir. Bunlara ilaveten, silikon ve epoksi reçineli izolatörler de yapılmaktaancak maliyeti yüksek olduğundan pek kullanılmamaktadır. İzolatörün yüzey kaçak yolu uzun yapılarak toprağa kaçakakımların oluşması önlenir.

Porselen İzolatör

Cam İzolatör


Porselen İzolatörlerle Cam İzolatörlerin Karşılaştırılması

• Cam izolatörler, şeffaf olduğundan çatlama ve kırılmaların tespiti daha kolaydır, porselen izolatörlerde daha zordur.• Cam izolatörlerin termik genleşmeleri, porselen izolatörlere göre daha küçük olduğundan ortam ısısının değişmesinde

fiziki zarar görme olasılığı azdır.• Cam, ışığı geçiren bir madde olduğundan güneş ışığında daha az ısınır, porselen izolatör daha çok ısınır.• Cam izolatörler, porselen izolatörlere göre hem daha ucuz hem de dielektrik dayanımı daha yüksektir.• Nem, cam izolatör üzerinde porselene göre daha çabuk yoğunlaşır. Bu da cam izolatör üzerinde pisliklerin toplanmasına ve

kaçak akımlara neden olur.

Taşıdığı İletkenin Gerilimine Göre İzolatör Çeşitleri

Alçak gerilim izolatörleri: Anma gerilimi 1000 V’a kadar olan ve TS 76 kapsamına giren izolatörlerdir. Bunlar: Taşıyıcı (E),durdurucu (ED), mesnet (ED), gergi (ED), mekanik (EM) ve makara (EM) tipi izolatörlerdir. Küçük boyutlu olanlar alçakgerilimde kullanılır ve bunlara fincan tipi izolatörler de denilmektedir.


Orta gerilim izolatörleri: Anma gerilimi 35 KV’a kadar olan izolatörlerdir. Bunlar: Pın tipi izolatörler (VHD 10- 15- 20- 35), HavaHattı mesnet izolatörleri ( VKS 35), Zincir izolatörler (U 40- 60- 70- 100) (K1), Çubuk izolatörler ( L 40- 70- 100), Demir yoluizolatörleri, Dolu tip mesnet izolatörleri (MD), Ayırıcı mesnet izolatörler (C 4 -170), Ayırıcı itici mesnet izolatörler (SCD – 30),Geçit izolatörleri (DAF – 30 / 400), Bara mesnet izolatörleridir (SAR – 30 ), Trafo buşing izolatörleri


Yüksek ve çok yüksek gerilim izolatörleri: Anma gerilimi 35 KV’tan büyük olan izolatörlerdir. Burada porselen ve kompozit (silikon) izolatörler yüksek gerilim enerji iletim hatlarında 170 kV ve 420 kV gerilim kademelerinde kullanılmaktadır. Çöl, denizve endüstriyel kirliliğin yüksek olduğu bölgelerde hidrofobik özelliğinin yüksek olması sayesinde daha iyi yalıtım sağlaması,kompozit izolatörün delinmez tip olması, montaj kolaylığı, porselen izolatöre ve cam izolatöre oranla daha hafif olması gibiavantajlarından dolayı tercih edilmektedir.


Hariçten dahile geçit izolatörleri Pano tipi mesnet izolatörleri

Harici OG izolatörleri Harici AG izolatörleri


Transformatör buşing izolatörleri


Direkler

Santrallerde üretilen enerjinin tüketim ve kullanma bölgelerine iletilmesinde iletkenleri taşıyan, toprakla iletken arasındayalıtkanlık sağlayan ve hat boyunca uygun aralık ve yükseklikte yerleştirilen şebeke donanımına direk denir.

İletimde çeşitlerine göre kullanılan 7 tip direk bulunmaktadır.

• Durdurucu direkler.• Köşede durdurucu direkler.• Taşıyıcı direkler.• Köşede taşıyıcı direkler.• Nihayet direkler.• Branşman direkler.• Tevzi Direkler

Yapıldıkları malzemeye göre 3 tip direk vardır.

• Demir direkler• Beton direkler• Ağaç direkler


1, 2, 6, 8, 9, 11, 14, 15, 16, 17Taşıyıcı Direkler3, 5 Branşman Direk12 Köşede Taşıyıcı Direk4, 7, 13 Nihayet Direk10 Tevzi Direk


Durdurucu Direkler

Enerji nakil hatlarında, düz hattı durdurmak amacıyla kullanılan direklere denir. Taşıyıcıdireklere bağlanan iletkenlerin gergin durmasını sağlar. İletkenlere gelen gerilme kuvvetidurdurucu direklerle temin edilir. Genellikle durdurucu direkler arsında 7 adet taşıyıcı direkbulunabilir. Yol ve nehir atlamaları gibi özel durumlarda durdurucu direkler karşılıklı birbirinebağlantılı olabilir.

Köşede Durdurucu Direkler

Enerji nakil hava hatlarının köşe noktalarında kullanılan ve aynı zamanda durduruculuk göreviyapan direklere denir. Düz doğrultuda giden hattın, büyük sapmalarında kullanılan direklerdir.

Taşıyıcı direkler

Hava hatlarında durdurucu direkler arasında iletkeni taşımak, yani iletkenin ağırlığını tutmakamacıyla kullanılan direklerdir.

Köşede taşıyıcı direkler

Enerji nakil hava hatlarının köşe noktalarında iletkenleri taşımak amacıyla kullanılandireklerdir.


Nihayet (son) direkler

Enerji nakil hatlarının başlangıç ve sonunda kullanılır. Hattın tek taraflı toplam cer(gerilme) kuvvetine dayanabilecek durumda olan direklere denir.

Branşman direkleri

YG hava hatlarında taşıyıcı ve köşede taşıyıcı durumda olan direklerden bir veya ikiyönde kol veya şube hattı ayrılıyorsa, bu durumdaki taşıyıcı ve köşede taşıyıcıdireklere branşman direkleri denir.

Tevzi (dağıtım ) direkleri

Enerji nakil hava hatlarında ikiden fazla nihayet bağı ile bağlı olan hatların tevziedildiği yani kollara ayrılarak dağıtımının yapıldığı direklere denir. Direktekihatlardan kesiti en büyük olan hat, ana hat olarak kabul edilir. Bunun dışında kalandiğer hatlar bu ana hattın birer branşmanı veya kolu durumundadır. Ana hatlarla budireklere kadar gelen enerji, bu direkten ayrılan branşmanlarla daha küçükkapasiteli enerjiler halinde dağıtılır.


Demir direkler

Demir direkler ağaç direklere nazaran çok daha uzun ömürlü ve beton direklere göre de daha hafiftir. Demir direkleriletkenlerin her türlü tertip şekline uygulanabilir. Herhangi bir sebeple meydana gelebilecek direk arızalarının tamir edilmeside kolaydır. Ancak beton direklere göre bakım ve işletme masrafları daha fazladır. Demir direk tipleri şunlardır:

• Boru direkler• A ve kafes direkler• Putrel direkler ( pilon veya çatal)


Betonarme direkler

Çimento, su ve katkı maddelerinin uygun oranlarda karıştırılmasıyla elde edilen beton ile yüksek dayanımlı çelik tel veya çelikçubukların kullanılmasıyla elde edilir. Beton ve çelik malzemenin gözeneksiz bir şekilde uygunluğunun sağlanması için titreşim(vibrasyon) veya savurma (santrifüj) metodu uygulanır. Bu yöntemle imal edilen direklere betonarme direk denir.

Betonarme direklerin demir direklere göre en büyük avantajı hava şartlarında ve özellikle sanayi bölgelerindeki zararlı gaz vebuharlardan az etkilenmeleridir. Ayrıca kullanılan demir miktarının aynı işi gören demir direklere oranla az olması (%60) demirmalzemeden tasarruf sağlar.


Ağaç direkler

Alçak ve orta gerilimli iletim ve dağıtım hava hatlarında kullanılır. Mekanik dayanımları azdır. Köknar, ardıç, karaçam gibiağaçlardan yapılır. Hava şartlarından olumsuz etkilendikleri için özel işlemlere tabi tutulur. Bu işlemler ağaç direğe bakır sülfatemdirilmek veya katranlamaktır. Ağaç direklerin kullanış şekillerine göre sınıflandırılması şu şekildedir:

Ağaç direk çeşitleri:

• Tek ağaç direkler• Çift ağaç direkler ( ikiz veya H )• A direkler• Payandalı direkler• Kirişli direkler• Lenteli direkler (gergi telli )


Hava hattına etki eden çekme (cer), ağırlık, rüzgâr ve buz yükü gibi kuvvetlere dayanabilecek durumda olmaları istenir. Bukuvvetler durdurucu, köşe ve tevzi direklerine aynı zamanda fakat değişik yönlerden etki ederler. Taşıyıcı direklerde iseiletkenleri sadece taşımaya ve tutmaya yaradıklarından bunlarda hatların cer kuvveti yerine hat doğrultusunda dik yöndekirüzgâr kuvvetleri esas alınır.

Direkler kullanıldıkları hattın gerilimine göre de sınıflandırılır.

I-Alçak gerilim direkleriII-Orta gerilim direkleriIII-Yüksek ve çok yüksek gerilim direkleri


Ayırıcılar

Orta ve yüksek gerilim sistemlerinde devre yüksüz iken açma kapama işlemi yapabilen ve açık konumda gözle görülebilen birayırma aralığı oluşturan şalt cihazlarıdır. Tesis bölümlerini birbirinden ayırıp bakım ve kontrol işlerinin güvenli bir şekildeyapılmasını sağlar. Ayrıca birden fazla ana bara bulunan sistemlerin açma ve kapama manevralarına hazırlanmasında vebirbirine bağlanmalarında kullanılır.

NOT: Ayırıcılar ile devreden akım geçerken yani devre yüklü iken açma kapama işlemi yapılmaz. Yapılırsa ayırıcı ve ayırıcıyıaçıp kapatan kişi zarar görür.


Kesiciler

Kesiciler, orta ve yüksek gerilim şebekelerinde yük akımlarını ve kısa devre akımlarını kesmeye yarayan cihazlardır. Bu cihazlardevreyi, boşta, yükte ve özellikle kısa devre hâlinde açıp kapayabildikleri gibi otomatik kumanda yardımı ile açılıpkapanmasına da olanak sağlarlar. Böylece insanları tehlikeden korumakta, alçak ve yüksek gerilim cihazlarında meydanagelebilecek hasarı önleyip en aza indirgemektedir. Kesiciler hem ark söndürme özelliğine, hem de çok hızlı hareket etmeözelliklerine sahiptir. Enerjiyi keserken önce kesici açılır, daha sonra ayırıcı açılmalıdır.

Kesicinin en önemli görevi kısa devre anında devreyi açmaktır. Son yarım yüzyıl içerisinde şebekelerin gittikçe büyümesi kısadevre akımlarını büyütmüş ve böylece kesicilerin işi daha da zorlaşmıştır. Bu süre içinde güç iletim sistemlerinin gerilimleri110 kV'lardan 750 kV'lara ulaşmış ve bunun sonucunda kısa devre açma güçleri 1000 MVA'dan 50000 MVA'lara varmıştır.Sistem stabilitesi bakımından, toplam kesme süresi önemli ölçüde kısalmıştır.

Kesiciler çalışma gerilimlerine göre, tekrar kapama özelliğine göre, bina içi-bina dışı, çalışma mekanizmasına göre farklıçeşitleri bulunmaktadır.


Güç Transformatörleri (Trafolar)

Alternatif akımın gücünü ve frekansını değiştirmeden alçaltmaya veya yükseltmeye yarayan bir elektrik makinesi olaraktransformatörlerin, elektrik enerjisinin AC’de taşınmasında önemli bir yeri vardır.

Dönüştürme oranı


Güç Transformatörleri (Trafolar)

Bütün elektrik makinelerinde olduğu gibi transformatörler de çalışmaları sırasında ısınır. Bu ısınma transformatörün özelliklesargılarında ve demir nüvesinde oluşan kayıpların bir sonucudur. Döner makinelerde soğutmayı az da olsa sağlayan havaakımlarının oluşmasına karşın, duran makine olan transformatör daha olumsuz şartlarda çalışır.

Transformatörlerin soğutma yöntemi harf simgelerle belirtilir. Her simge 4 harften oluşur.1. harf: Sargılarla temasta bulunan iç soğutma ortamı:O → Yanma noktası ≤300 °C olan mineral yağ veya sentetik sıvı yalıtkanK → Yanma noktası > 300 °C olan sıvı yalıtkanL → Yanma noktası ölçülemeyen (yanıcı olmayan) sıvı yalıtkan2. harf: İç soğutma ortamı için dolaşım türü:N → Soğutma donanımı içinden ve sargılardan doğal termosifon akışF → Soğutma donanımı içinden zorlamalı dolaşım ve sargılardan termosifon akışD → soğutma donanımı arasından zorlamalı dolaşım, soğutma donanımı sisteminden en azından ana sargılar içineyönlendirme3. harf: Dış soğutma ortamı: 4. harf: Dış soğutma ortamı için dolaşım türü:A → Hava N → Doğal konveksiyonW → Su F → Zorlamalı dolaşım (Vantilatörler, pompalar)

Örnek: ONAN/ONAF: Transformatörün, yüksek yükte arzulandığı gibi işletmeye sokulalabilen bir vantilatör grubu bulunur. Yağdolaşımı, her iki durumda da yalnız termosifon etkisiyle oluşur.

eem0108 elektrik-elektronik mühendisliğinde...2018/05/13 · demir direkler iletkenlerin her...

Documents