2. İLETKENLER

2.1. AG ’li Hava Hatlarında Kullanılan İletkenler

Genel olarak elektrik dağıtım tesislerinde kullanılan iletken malzemebakır veya alüminyumdur. Bakır’ın 20 oC ’deki özdirenci ve iletkenliği

’dir. Özgül ağırlığı ise ’dir.

Alüminyum için ise 20 oC ’deki bu özellikleri;

özdirenci

iletkenliği

özgül ağırlığı

mmmgal /.028277,0 2

2./35 mmmkal

2./56 mmmkcu

23 ./107,3 mmmkgxal

Şimdi uzunlukları ve dirençleri eşit olan ve iletkenlerin birkaç yönden mukayesesini yapalım:

Bakır iletkenlerin çok pahalı ve ağır olmaları nedeni ile enerji taşımahatlarında kullanılmalarından vazgeçilmiştir. Bunun yerine akım taşımakapasitesi ve hafif oluşu dikkate alınarak Al iletkenler tercih edilmiştir.Fakat bunun da diğer bir yönden mahsuru vardır; Aynı gücün taşınmasıistendiğinde Cu yerine Al iletken seçilmesi halinde Al iletken kesitini1,6 misli daha fazla seçmek gerekir. İletken daha büyük kesitteseçilmesi, buz ve rüzgar yükleri bakımından daha büyük kuvvetleremaruz kalmasına neden olacaktır. Kopma kuvvetinin de daha küçükolması dolayısı ile bakıra nazaran daha düşük gerilme ile çekilenalüminyum hatlarda daha fazla sehim meydana gelmekte ve böylecedireklerin boyları daha büyük olmaktadır. Bu sebepten dolayı Aliletkenler daha ziyade aralıklı hatlarda, AG şebekelerinde, dağıtımhatlarında kullanılmaktadır.

YG Hava Hatlarında Kullanılan İletkenler:

YG hatlarında St-Al iletkenler ile Al iletkenin Aldrey denilen bir başkatipi daha kullanılmaktadır.

i) Aldrey iletkenler: Bir alaşım olan Aldrey içerik olarak ,

Magnezyum : % 0,3 ile % 0,5

Silisyum : % 0,4 ile % 0,7

Demir : % 0,3 Geri kalanı :Alüminyum

ii) Çelik Özlü Alüminyum (St-Al) İletkenler:

St-Al iletkenlerin yapısında, ortada galvanizli çelik damarlardan oluşmuşbir ya da daha fazla tabakadan meydana gelen bir katman vardır. Builetkende, ortadaki çelik kısım iletkenin mukavemetini artırdığından,kopma mukavemeti Al iletkene nazaran daha büyüktür.

İletken Kopma gerilmesi

Al 8 kg/mm2

Cu 19 kg/mm2

St-Al 30 kg/mm2

Al iletkene nazaran 1,66 kat daha mukavimdir. St-Al iletkenler;mukavemeti dolayısı ile, daha yüksek gergi ile direkler arasınagerilebilme imkanına haiz oluşu Cu ya nazaran yaklaşık 2,5 katı hafifoluşu, fiyatının da Cu ve Al iletkenlerin fiyatlarından daha düşük oluşugibi sebeplerle son yıllarda enerji taşıma hatlarında çok büyük kullanmasahası bulmuştur.

2.2. İletkenlerin Yapılış (İmalat) Şekilleri

1. Masif (içi dolu, som) İletkenler: Bu tür iletkenler yalnız bir cins malzemeden

yapılır ve maksimum kesiti 10 mm2 ’dir.

2. Örgülü İletkenler: AAC (All Aluminium Conductors) olarak da tanımlanan bu

iletken 16 mm2 ve daha büyük kesitlerde örgülü iletkenler kullanılır. Örgülü

iletkenlerde, çapları eşit olan ortada bir tel ve bu telin çevresindeki her bir

katmanda bir önceki katmandakinden 6 fazla olmak üzere teller bulunur.

(N: iletken sayısı, x: tabaka (kat) sayısı)133 2 xxN

Buna göre;

• 1 telli (som) iletken,

• 1+6=7 telli, bir katmanlı,

• 1+6+12=19 telli, iki katmanlı,

• 1+6+12+18=37 telli, üç katmanlı

• 1+6+12+18+24=61 telli, dört katmanlı

örgülü iletkenler imal edilir.

İletkenlerin birbiri üzerinde bulunarak tabakalar halinde sarılmasıesnasında; bir iletkenin, örgünün herhangi bir noktasından itibaren yöndeğiştirerek aynı durumdaki noktaya gelinceye kadar (360o dönüştensonra) aldığı uzaklığa büklüm boyu (fb) denir.

fb=(11-14).D (D:Çap)

Örgülü iletkenlerin bazı üstünlükleri şunlardır:

a. Esnekliği fazladır,

b. Korona kayıpları azdır,

c. Titreşimlerde askı noktalarındaki zedelenmeler önlenir,

d. Deri olayı (Skin effect) etkisi azalır,

e. Montajı kolaydır.

3. Örgülü St-Al İletkenler

Bunların yapılışları da örgülü iletkenlerde olduğu gibidir. Yalnız ortadakiçelik damarlar ile akım taşıyan Al damarların çap ve adetleri birbirindenfarklı olabilir. Bu iletkenler, ACSR (Aluminium Conductor SteelReinforced -Çelik ile kuvvetlendirilmiş Al iletken-) sembolü ile degösterilmektedir.

4. Diğer İletken Tipleri:

a. Burulmasız İletkenler: Örgülü iletkenler bir yüzeye konulduğu zaman(uçları serbest olarak bırakılmış ise) tabakaların dönme kuvvetlerindendolayı, kıvrılarak açılmak isterler. Üst üste gelen tabakaların büklümleriters yönde yapılarak, her tabakanın dönme kuvveti karşılıklı olarak yokedilmiş olur. Böylece burulmasız (torsiyonsuz) örgülü iletkenler eldeedilmiş olur.

b. Titreşimsiz Örgülü İletkenler: Bu tip iletkenlerde tabakalar arasındaboşluklar mevcuttur. Bu boşluklar iletken salınımlarının dalga boylarınınfarklı olmasına sebebiyet verdiklerinden, boşluklarla ayrılmış olankısımların titreşimleri, birbirlerinin etkisini azaltır.

c. Boru İletkenler (İçi boş):

Daha geniş yüzey ile daha çok akım taşıma sağlanır. Boru iletkenler, deriolayının (skin effect) etkisini azaltarak aynı miktarda kesitten daha fazlaakım geçirebilmek amacı ile yapılırlar, Şöyle ki; bir iletkenden DCgeçerse, akım yoğunluğu iletkenin her tarafında aynı olmaktadır. EğerAC geçerse, frekans arttıkça akım yoğunluğunun her tarafta aynıolmadığı görülmektedir. Bu olay “deri olayı” denir. Bu olayın etkisi ile,iletkenin merkezden yarıçap doğrultusunda uzaklaştıkça akımyoğunluğu artar. Başka bir deyimler, akımın büyük kısmı iletkenin dışyüzüne yakın kısmından geçer ve akım geçen etkin kesit azalır. Boruiletkenler iletkenin kenar yüzeyini artırarak, ortadaki işe yaramayan dolukısmı da işe yarar hale getiren bir uygulamadır.

d. Demet İletkenler:

Bir hattın bir fazında, aralarında belirli bir açıklık bulunan birden fazlailetken kullanılması sonucu oluşan iletkenlere denir. Faz başına biriletken kullanılması halindeki kesit ile demet iletkenlerinin kesitlerinintoplamı eşit olacak şekilde seçilmesi halinde, aynı işletme gerilimindeiletkenlerin etrafında meydana gelen elektrik alanı, demet iletkendurumunda daha küçük olur.

Bu imkandan yararlanarak aynı maksimum elektrik alanı için, hattın

gerilimi daha yüksek seçilebilir. Ayrıca demet iletkenin endüktansının

küçük, kapasitansının da büyük olması sebebi ile hattın veya

ile hesaplanan karakteristik empedansı ( Z=R+jXL ve Y=jwC )

küçüktür. Bir iletim hattının demet iletkenli tesis edilmesi halinde, hem

gerilimin yüksek seçilebilmesi ve hem de karakteristik empedansın

küçük olması nedeniyle hat ile taşınabilecek aktif güç,

eşitliğinden görüleceği üzere, daha büyük olur.

CLZc

YZZc

CZUP /2

2.3. Al ve St-Al İletkenlerin İsimlendirilmesi

Al ve St-Al iletkenler Cu iletkenlerde olduğu gibi (mm2) normunda değil,CM (Circular Mil-Dairesel mil-) ya da AWG (American Wire Gauge-Amerikan tel ölçüleri-) olarak isimlendirilir.

2.3.1. CM isimlendirmesi

Bir CM, çapı 0,001 inch olan dairenin alanına eşittir. mm2 olarak değeri;

(Yani 1 MCM, yaklaşık olarak 0,5 mm2 alınabilir.)

Türkiye ulusal elektrik sisteminde 154 kV ’luk hatlarda en çok 477000

CM=477 MCM (Hawk), 797 MCM (Drake) ve nadiren de 266,8 MCM

(Patridge) tipi; 380 kV ’luk hatlarda ise 954 MCM (Rail ya da Cardinal)

tipi ACSR iletkenler kullanılır.

Dağıtım ve köy hatlarından ise çoğunlukla 3 AWG (Swallow), 1/0 AWG

(Raven) ve 3/0 (Pigeon) tipi ACSR iletkenler kullanılır. Özel hallerde 30

kV ’luk dağıtım hatlarında yük durumuna göre 266,8 MCM ile 477 MCM

tipi iletkenler de kullanılır. AG şebekelerinde ise, daha ziyade Rose (4

AWG), Lilly (3 AWG), Iris (2 AWG), Pansy (1 AWG), Poppy (1/0 AWG)

iletkenleri kullanılır.

Tablo. OG, YG ve ÇYG ’li hava hatlarında kullanılan örgülü St-Al iletkenler

Çelik Özlü Al

(Kanada Standardındaki) Kesit Mekanik Özellikleri

Anma değeri

Al/Cu mm2 Adı

Kesiti AWG veya CM

Toplam mm2

Anma çapı mm2

Anma kopma

yükü, kg

Anma birim ağırlığı, kg/km

27/4 SWALLOW 3 31,14 7,14 1023 107,8 54/9 RAVEN 1/0 62,44 10,11 1945 216,2 85/14 PİGEON 3/0 99,3 12,75 3035 343,9 135/22 PATRİDGE 266800 156,86 16,28 5096 543,8 242/39 HAWK 477000 280,84 21,77 8798 972 403/65 DRAKE 797000 468 28,11 14165 1621,9 485/63 CARDİNAL 954000 547,34 30,42 15589 1829,8

2.3.2. AWG isimlendirmesi

Bu isimlendirme OG, AG iletkenleri için kullanılır ve kesitler;

0000, 000, 00, 0, 1, 2, 3, ….., 40 AWG

şeklinde rakamlarla gösterilir. 0000 AWG (4/0 AWG) kesiti en büyüktürve rakamlar ilerledikçe kesit küçülür. Ayrıca her bir farklı kesitin, bir kuşveya çiçek ismi vardır.

• OG iletkenleri için kuş isimleri: swallow (kırlangıç), raven (kuzgun),pigeon (güvercin) vb.

• AG iletkenleri için çiçek isimleri: rose (gül), lily (zambak), iris (süsençiçeği), pansy (hercai menekşe), poppy (gelincik), aster (yıldız çiçeği),phlox (alev çiçeği), oxlip (çuha çiçeği) vb.

34,5 kV ’luk dağıtım ve köy hatlarında çoğunlukla 3 AWG

(Swallow), 1/0 AWG (Raven) ve 3/0 (Pigeon) tipi St-Al iletkenler

kullanılır. Özel hallerde 34,5 kV ’luk dağıtım hatlarında yük durumuna

göre 266,8 MCM ve 477 MCM tipi iletkenler de kullanılmaktadır.

AG şebekelerinde ise; 4 AWG (Rose), 3 AWG (Lilly), 2 AWG (Iris), 1

AWG (Pansy), 1/0 AWG (Poppy), 2/0 AWG (Aster), 3/0 AWG (Phlox),

4/0 AWG (Oxlip) örgülü Al iletkenleri kullanılır.

Tablo. AG ’li hava hatlarında kullanılan örgülü Al iletkenler

Tablolardan görüldüğü gibi, OG ’de kullanılan örgülü St-Al iletkenleri ile

AG ’de kullanılan örgülü Al iletkenleri, AWG normunda

tanımlanmışlardır. OG veya AG ’de kullanılan farklı iletkenlere aynı AWG

numarası verilmiş olabilir. Bu durumda, AWG ile belirtilen kesitin,

sadece iletkenin Al kısmını tanımlamak için kullanıldığına dikkat etmek

gerekir. Mesela OG ’de kullanılan Swallow ile AG ’de kullanılan Lily

iletkenlerinin her ikisi de 3 AWG ile gösterilir. Swallow ’un çelik kısmı

hariç tutulduğunda, her iki iletken için de Al kesitin 26,60 mm2 olduğu

görülür.

2.4. İletken Malzeme Seçiminde Göz önünde Bulundurulan Hususlar:

a. İletkenlik

b. Özgül ağırlık

c. İletken çapı,

d. Sehim,

e. Mekanik ve termik mukavemet

f. Titreşim eğilimi

g. Koronaya karşı dayanıklılık.

a) İletkenlik:

Havai hatlarda kullanılacak iletken malzemenin, çok iyi iletkenliğe sahipolması gerekir. Çünkü iletim sırasında hatlardaki güç kaybının en azolması istenir. Eğer, iletkenliği yüksek olan malzemeden yapılaniletkenler kullanılır ise hatlardaki güç kaybı da o nispette az olur. Bakırıniletkenliğini %100 kabul edersek, aynı büyüklüğe sahip alüminyumuniletkenliği % 63 'dir.

b) Özgül Ağırlık:

İletkeni mekanik dayanım yönünden etkileyen en önemli faktörlerdenbiri de, iletkenin ağırlığıdır. İletken ağırlığının az olması istenir. Buyüzden havai hatlarda, özgül ağırlığı az olan ama iletkenliği de çok zayıfolmayan iletkenler tercih edilir.

c) İletken Çapı:

Bakıra göre daha az iletkenliğe sahip olan iletkenlerin çapı, daha büyükolur. Çap büyüdüğünde, iletkene gelen buz yükü, rüzgar yükü ve gerilmekuvveti daha büyük olur. Bu durum, iletkenin mekanik dayanımınıolumsuz etkiler. Mekanik dayanımın azalması, özellikle kar yağışı fazlaolan bölgelerde, iletkenlerin kopmasına ve kısa devrelere nedenolmaktadır. Fakat iletken çapının büyük olmasının bir faydası çapı büyükiletkenlerde korona kaybının az olmasıdır.

Özgül ağırlıkla çap, iç içe ele alınması gereken hususlardır. İletken çapı,buz ve rüzgar yüklerinin hesabında bilinmesi gereken özelliklerdenbiridir. Çapı büyük olan iletkenlerde daha çok kar ve buz yükü biriktiğigibi, rüzgar etkisi de büyük olur. Bu yüklerin hesaplanmasında özgülağırlığın bilinmesine gerek vardır. Kullanılan iletkenlerin özgül ağırlıklarıne kadar küçük olursa, direğe gelen çekme kuvveti o kadar az olur.Böylece direk ve diğer malzemelerde ekonomiklik sağlanır.

d) Sehim (fleş):

Her iletkenin aynı mesafedeki sehimi farklıdır. Bir hava hattı iletkeni,üzerinden geçtiği yerin özelliğine göre belli bir mesafeden fazla yereyakın olmamalıdır.

İletkenin özgül ağırlığı ve çapı nedeni ile sehim (flesh) denilen eğimmeydana gelmektedir. İçinden akım geçen iletken ısınmakta, çevreselısının etkisi ile bu uzama daha da artabilir. Sonuçta oldukça önemli birsehim oluşmaktadır.

Sehimi etkileyen faktörler:

İletkenin kullanıldığı buz yükü bölgesi

İletkenden çekilecek akım

Direkler arası mesafe

İletkenin cinsi

e) Mekanik ve Termik Dayanım:

Hava hattı iletkenleri daima dış etkilere ve bunların neden olduğuyüklere maruz kalırlar. Hava hatlarına gelebilecek yükler (kar, buz,rüzgar) ve kendi ağırlığı, iletken tarafından güvenli bir şekildetaşınabilmelidir. Bu taşımada iletkenin, gerilme kuvvetini detaşıyabilecek bir elastikiyete sahip olması gerekir.

Hava hattı iletkenleri, gerek atmosferik gerekse kısa devrelerde oluşanakımlardan ve çalışma akımlarından dolayı ısınırlar. Isınmadan dolayımekanik dayanımları azalır. İletkenin bu sayılan nedenlerle oluşan ısıartışlarında, emniyetli bir çalışmaya elverişli olması gerekir. İletkenleri ısıdayanımları bakımından şöyle sıralayabiliriz; çelik-alüminyum, bronz,aldrey, bakır ve alüminyum.

f) Titreşim Eğilimi:

Enerji nakil hatları, sürekli rüzgara maruz kalır. Rüzgar esmesi, buzlarınaniden koparak düşmesi veya ağır kuşların konup-kalkmaları, havaihatlarda titreşim meydana getirir. Büyük titreşimler hatların kopmasınaneden olabilir. Bu bakımdan seçilen iletkenin malzeme yoğunluğu dagöz önüne alınmalıdır.

g) Koronaya karşı dayanıklılık:

Yüksek gerilimli hava hattı iletkenlerinin etrafında, elektrik alanıetkisiyle havanın iyonize olması sonucu bazen ışıklı mor halkalargörülür. Bunu meydana getiren gerilime gelinmeden önce ıslık veyavızıltı sesi de duyulabilir. Bu olaya korona olayı denir. Havanın iyonizeolduğu gerilim değerine kritik korona gerilimi, iletken etrafında hafifparlak mor renkte ışık halkasının görüldüğü gerilime ise görünür koronagerilimi denir. Korona bir enerji kaybıdır. Bu kayıplar ses, ısı, ışık vekimyasal olaylar şeklinde ortaya çıkar. Büyük şebekelerde bu kayıplaroldukça fazladır. Hava şartlarının koronaya etkisi büyüktür. Nemli ve sislihavalarda bu kayıplar artabilir. Ayrıca frekans, iletkenin yarıçapı veiletkenler arası açıklık, hava basıncı, iletken yüzeyinin pürüzlülüğü,iletken damar sayısı ve işletme gerilimi de koronayı etkileyenfaktörlerdendir.