elektrİk mÜhendİslİĞ 6. ulusal kongresİ · Üç ayrı ciltte toplanan bildirilerin,...

İĞİELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ6. ULUSAL KONGRESİ

11 -17 Eylül 1995BURSA

, TMMOBELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI

ULUDAĞ ÜNİVERSİTESİMÜHENDİSLİK MİMARLIK FAKÜLTESİELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

TÜBİTAK

B a s k ı :

ISBN : 975 - 395 -154 - X KARE AJANS & MATBAACILIKLitrosyolu, 2. Matbaacılar Sanayi SitesiC Blok No : 4 NC 25 Topkapı - İstanbulTel : (0212) 544 09 79 - 544 92 85

O N S O Z

TMMOB Elektrik Mühendisleri Odası, Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimariık FakültesiElektronik Mühendisliği Bölümü ve TÜBiTAK'ın işbirliği ile 11-17 Eylül 1995 tarihleri arasındadüzenlenen Elektrik Mühendisliği 6.Ulusal Kongresine hoşgeldiniz.

Hazırlık çalışmaları yaklaşık bir yıl önce başlayan Kongre'ye, Üniversitelerimiz, araştırma veendüstri kurumlarında çalışan meslektaşlarımız büyük ilgi göstermiş ve toplam 450 civarındabildiri başvurusu olmuştur.

Aydınlatma Tekniği, Ar-Ge ve Teknoloji Üretimi, Bilgisayar ve Kontrol, Devreler ve Sistemler,Elektronik, Elektromagnetik Alanlar ve Mikrodalga Tekniği, Elektrik Makinaları, Elektrik EnerjiÜretimi ve Dağıtımı, Eğitim, Güç Elektroniği, Haberleşme Tekniği ve Sistemleri, Ölçme Tekniği,Tıp Elektroniği ve Yüksek Gerilim Tekniği konularına göre ayrılan bildiriler, yürütme kuruluncabelirlenen değerlendirme kuralları çerçevesinde uzmanlarca değerlendirilerek, yaklaşık 300kadarının oturumlarda sunulması uygun bulunmuştur.

Üç Ayrı ciltte toplanan bildirilerin, Aydınlatma Tekniği, Enerji Üretim, İletim ve Dağıtımı,YüksekGerilim Tekniği, Güç Elektroniği, Elektrik Makinaları birinci ciltte, Elektronik, ElektromağnatikAlanlar ve Mikrodalga Tekniği, Haberleşme Tekniği ve Sistemleri, Ölçme Tekniği, Tıp Elektroniğiikinci ciltte, Bilgisayar ve Kontrol, Eğitim ve diğerleri üçüncü ciltte yer almıştır.

EMO ve Üniversitelerin temsilcilerinin yanısıra kamu ve özel sektör temsilcilerinin de yer aldığıKongre Danışma Kurulu'nca belirlenen görüşler çerçevesinde, Elektrik-Elektronik Mühendisliğiniilgilendiren çeşitli konularda paneller ve çağrılı bildiriler de düzenlenmiş bulunmaktadır.

Türkiye'de Elektrik-Elektronik Sanayinin Konumu, AB İle Bütünleşmesi ve Perspektifler, Elektrik-Elektronik Mühendisliğinde Eğitim, Altyapı Hizmetleri Özelleştirme ve Düzenleyici Erk, Türkiye'ninElektrik Enerji Sisteminde Yapısal Değişiklikler ve Politikalar konulu paneller ve Bilgi ÇağınınAnahtar Teknolojisi; Mikroelektronik, Mikrodaiga Enerjisinin Endüstriyel Uygulamaları, BilgiToplumu ve Internet, Elektrik-Elektronik sanayinin Gelişiminde Ar-Ge'nin Önemi, Nükleer GüçSantrallerinin İşletmesindeki Teknik Sorunlar ve Çevre Konulu çağrılı bildirilerle konularıntartışılacağı, bilimsel yaklaşımlarla çözüm ve önerilen geliştirileceği, ilgili kurum ve kuruluşlaraönemli katkılar sağlayacağı inancındayız.

Kongrede çağrılı bildiri ve panellere katılarak değerli katkılarda bulunacak değerli bilim adamlarıile özel ve kamu kuruluş yetkililerine sonsuz teşekkürlerimi sunuyorum.

Bugüne kadar iki yılda bir düzenli olarak yapılan, bilimsel niteliği ve katılımı giderek artan ElektrikMühendisliği Ulusal Kongresi, Ülkemizde yapılan bilimsel ve teknolojik çalışmaların nitel ve nicelözelliklerini yansıtması bakımından önem arzetmektedir. -

Kongrenin, izleyiciler ve delegeler için başarılı olmasını, ülkemizin bilimsel ve teknolojikçalışmalarına yön ve ivme vermesini diliyor, hazırlık çalışmalarımıza özenle katkı sağlayan değerliTMMOB Elektrik Mühendisleri Odası Yönetim Kuruluna, Elektrik Mühendisleri Odası Bursa ŞubesiYönetim Kuruluna ve Çalışanlarına, Bilim Kurulu, Danışma Kurulu, Yürütme Kurulu ve Sosyalİlişkiler Komisyonu üyeleri ile emeği geçen tüm arkadaşlarımıza destek ve katkıları için teşekkürediyorum.

Prof. Dr.Ali OKTAYYürütme Kurulu Başkanı

ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ 6.ULUSALKONGRESİ

YÜRÜTME KURULU

Prof. Dr.Ali OKTAYProf.DrAhmet DERVİŞOĞLUProf.Dr.R.Nejat TUNCAYTeoman ALPTÜRKFaruk KOÇHaluk ZONTULÖmer ADIŞENEmirBİRGÜNSevim ÖZAKYakup ÜNLEROsman AKINH.İbrahim BAKAR

(U.Ü. - Başkan)(İTÜ)(İTÜ)(EMO Başkanı)(EMO Bursa Şube Başkanı)(EMO Yön.Kur. Üyesi)(U.Ü.)(EMO-Bursa Şube Yön.Kur.Yazman Üyesi)(EMO-Bursa Şube Yön.Kur. Üyesi)(EMO-Bursa Şubesi)(EMO-Bursa Şubesi)(EMO-Bursa Şubesi)

TMMOBELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASIBURSA ŞUBESİ YÖNETİM KURULU

BaşkanBaşkan Yrd.YazmanSaymanÜyeÜyeÜye

Faruk KOÇİsmail Yalçın AKTAŞEmir BİRGÜNBahri KAVİLCİOĞLUSevim ÖZAKTuncay HIZLIOĞLUCem ÖZKAN

TMMOBELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ÇDASIBURSA ŞUBE GÖREVLİLERİ

Kemal ERTUĞRANKemal KARAKAŞRaziye BEĞENMeliha DEMİRHüseyin GÖK

: Kongre-Fuar Sorumlu Mühendisi: Proje Denetim ve Test Mühendisi: Sekreterya Sorumlusu: Muhasebe Görevlisi: Şube Görevlisi

SOSYAL ETKİNLİKLER KOMİSYONU

İnci BECERENSabiha CESURBekir DAĞLAROĞLU

Gülsemin GÜNEŞMuvaffak KARAHANÖnder SERHATLI

ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ 6. ULUSAL KONGRESİ- I -

BİLİMSEL DEĞERLENDİRME KURULU

• AKÇAKAYA Ergül, Prof. Dr. (İTÜ)- AKPINAR Sefa, Prof.Dr. (KTÜ)• ANDAY Fuat, Prof.Dr.(İTÜ)• ATAMAN Atilla, Prof. Dr. (YTÜ)•AYGÖLÜ Ümit, Prof.Dr.(İTÜ)• AŞKAR Murat, Prof.Dr.(ODTÜ)• BAYRAKÇI H.Ergün, Prof.Dr.(UÜ)• BURŞUK A.Fahri, Prof.Dr. (İÜ)•BİR Atilla, Prof. Dr. (İTÜ)• CANATAN Fatih, Prof.Dr.(ODTÜ)• CERİDÖmer, Prof.Dr. (BÜ)ÇETİN İlhami, Prof.Dr.(İTÜ)ÇİFTÇİOĞLU Özer, Prof.Dr. (İTÜ)DALFEŞ Abdi, Prof.(İTÜ)DEMİRÖREN Ayşen, Yrd.Doç.Dr.(İTÜ)DERVİŞOĞLU Ahmet, Prof. Dr.(İTÜ)ERTAN H.Bülent, Prof.Dr.(ODTÜ)ERTAŞ Arif, Prof.Dr.(ODTÜ)ERİMEZ Enise, Prof.Dr. (İTÜ)FADIL Salih, Yrd.Doç.Dr.(OÜ)GÖKMEN Muhittin, Prof. Dr.(İTÜ)GÖNÜLEREN Ali Nur, Prof.Dr.(İTÜ)GÜLGÜN Remzi, Prof.Dr.(YTÜ)GÜNAN Hasan, Prof.Dr.(ODTÜ)GÜNEŞ Filiz, Prof.Dr.(YTÜ)GÜRLEYEN Fuat, Doç.Dr.(İTÜ)GÜVEN Nezih, Doç.Dr.(ODTÜ)GÜZELBEYOĞLU Nurdan, Prof. Dr.(İTÜ)HARMANCI A.Emre, Prof.Dr. (İTÜ)İDEMEN Mithat, Prof.Dr.(İTÜ)İDER Y.Ziya, Prof.Dr. (ODTÜ)İNAN Kemal, Prof.Dr.(ODTÜ)KALENDERLİ Özcan, Yrd.Doç.Dr.(İTÜ)

- KASAPOĞLU Asım, Prof.Dr.(YTÜ)- KAYPMAZ Adnan, Doç. Dr. (İTÜ)- KORÜREK Mehmet, Doç. Dr. (İTÜ)- KUNTMAN H.Hakan, Prof.Dr.(İTÜ)- LEBLEBİCİOĞLU Kemal, Prof. Dr.(ODTÜ)- MERGEN Faik, Prof.Dr.(İTÜ)- MORGÜL Avni, Prof.Dr.(BÜ)- OKTAY Ali, Prof.Dr.(UÜ)- ONAYGİL Sermin, Doç.Dr.(İTÜ)- ÖNBİLGİN Güven, Prof.Dr.(19 MAYIS Ü)- ÖZAY Nevzat, Prof. Dr. (ODTÜ)- ÖZDEMİR Aydoğan, Doç Dr (İTÜ)- ÖZKAN Yılmaz, Prof. Dr.(İTÜ)- ÖZMEHMET Kemal, Prof.Dr.(9 EYLÜL Ü)- PANAYIRCI Erdal, Prof.Dr. (İTÜ)- RUMELİ Ahmet, Prof.Dr.(ODTÜ)- SAN KUR Bülent, Prof. Dr. (BÜ)- SARIKAYALAR Şefik, Prof.(YTÜ)- SEVAİOĞLU Osman, Prof.Dr.(ODTÜ)- SEVERCAN Mete, Prof.Dr. (ODTÜ)- SOYSAL A.Oğuz, Prof.Dr.(İÜ)- ŞEKER Selim, Prof.Dr.(BÜ)-TACER Emin, Prof.Dr.(İTÜ)- TANIK Yalçın, Prof.Dr.(ODTÜ)- TARKAN Nesrin, Prof.Dr.(İJÜ)- TOPUZ Ercan, Prof.Dr.(İTÜ)- TUNCAY R.Nejat, Prof.Dr. (İTÜ)- TÜRELİ Ayhan, Prof.Dr.(ODTÜ)- ÜÇOLUK Metin, Prof.Dr.(İTÜ)- YAZGAN Erdem, Prof.Dr.(HÜ)- YÜCEL Metin, Prof. (YTÜ)- YÜKSEL Önder, Prof.Dr.(ODTÜ)- YÜKSELER Nusret, Prof. Dr.(İTÜ)

ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ 6. ULUSAL KONGRESİ

- II -

DANIŞMA KURULU

- AKÇAKAYA Ergül (Prof.Dr.-İTÜ)- AKKAŞLI Nevzat- ALADAĞLI Tunç (Nergis A.Ş.)- ALGÜADİŞ Selim (EKA)- ARABUL Hüseyin (EMSAD)- ARGUN Tanju (TESİD)- ATALI İbrahim (EMO Adana Şube)- ATEŞ Mustafa (TEDAŞ)- AVCI M.Naci (Organize Sanayi Bölgesi)- BAYKAL Faruk (Nilüfer Belediye Başkanı)- BERKOĞLU İsmail (PTT Bölge Başmüdürü)- BOZKURT Yusuf (MEES)- BİRAND Tuncay (ODTÜ)- CAN ER Süleyman (Çanakkale Seramik)- CEYHAN Mümin- CEYLAN Arif- ÇALIM Yavuz (TEAŞ Müessese Müdürü)- DRAMA Mehmet (TEDAŞ)- DURGUT Metin (EMO Merkez)- GÖREN Sunay (Siemens)- HARMANCI Emre (Prof.Dr.-İTÜ)- ISPALAR Ayhan (EMKO)- KAYA Ersin (Kaynak Dergisi)- KAŞIKÇI İsmail (Almanya)- KIRBIYIK Mehmet (Prof.Dr.-U.Ü.Müh.Mim.Fak.Dekanı)- KUZUCU Mehmet (TOFAŞ Elk.Eln.Tesis Servis Şefi)- MUTAF M.Macit (EMO İzmir Şube)- OKAT ismail (TEDAŞ Bursa Müessese Müdürü)- OKUMUŞ Necati(TEDAŞ)- OKYAY Nursel (TEDAŞ)- ÖZMEHMET Kemal (Prof.Dr.-9 Eylül)- ÖNBİLGİN Güven (Prof.Dr.-19 Mayıs Ü.)- PUCULAOĞLU Mustafa (EMO Merkez)- RAŞİTOĞLU Mithat (TEDAŞ)- SÖNMEZ Ali Osman (Ticaret ve Sanayi Odası Başkanı)- TERZİOĞLU Tosun(TÜBİTAK)- YAZICI Ali Nihat (EMO Merkez)- YEŞİL Hüseyin (EMO İstanbul Şube)- YÜCEL Behçet- YÜKSELER H.Nusret (Prof.Dr.-İTÜ)- YURTMAN Naşit (Oyak Renault Fab.Teknik Servis Bakım Müdürü)- YİĞİT Ali (EMO Ankara Şube)- ZÜMBÜL İsmail


- III -

> U t u i a \

DAĞITIM OTOMASYONU CİHAZLARINDA ELEKTRİKSEL VEÇEVRE KOŞULLARI STANDARTLARI: ÖNLEMLER VE TESTLER

H. ÇiftçiTÜBİTAK Bilgi Teknolojileri ve Elektronik

Araştırma Enstitisü, Ankara

Özet: Bu bildiride, Dağıtım Otomasyon cihazlarınınkullanım öncesi çalışacakları ortamın olumsuzkoşul-lanna dayanabilmeleri için geçirilmelerigereken, ancak cihazın fonksiyonel performansıylailgili olma-yan, testler ve ilgili standartlar (dahaçok elektriksel testler olmak üzere) anlatılmaktadır.Bu testler izo-lasyon, elektromanyetik uyumluluk(EMC), çevre koş-ullanna dayanıklılık testleri adlanaltında toplanabilir.

1. GİRİŞ

Elektrik santralleri ve trafomerkezlerindeki son derece olumsuzelektromanyetik ortamlara rağmen, güçsistemlerindeki otomasyon uygulamaları hızlaartmakta, çok hassas elektronik ve sayısal ölçü,kontrol ve koruma cihazları güç sistemine geridönüşü olmayan bir şekilde girmektedir. Bucihazların en doğru ve güvenilir biçimde çalışmalarıise özellikle anza ve kısıtlılık olduğu zamanlardaistenir. Bu da cihazları en çok etkileyecekelektromanyetik şartların oluştuğu zamanlardır.

Bir salt sahasındaki elektrik ve manyetikalanlar, yerine (hangi cihazın yanında ölçümyapılıyorsa) ve işletme durumuna (normal, arızalı,açma veya kapamalar, v.s.) göre çok yüksekdeğerler alabilir. Güç sistemi tasarımcılarının göreviözellikle topraklama sistemleri, atmosferikdeşarjlara karşı korumalar, inşa yapısı, metal boruve kanallar, kablo tepsileri, kontrol ve sekonder(akım ve gerilim trafoları) kablolarınınyerleştirilmesi, ekranlanması, v.s. gibi yapısalkonulan en uygun (ve ekonomik) bir şekildekullanarak bu alan değerlerinin ölçü kontrol vekoruma cihazlarına kabul edilebilecek seviyedeulaşmalarını sağlamaktır. Bu kabul edilebilirdeğerleri de standartlar belirlemektedir.

Bu standartlar aynı zamanda elektronikcihaz tasarımcılarının tasarımlarında uymalarıgereken asgari şartlan da göstermektedir.Dolayısıyla bu standartların çok iyi bilinmesi,yeniliklerin takip edilmesi ve bu konularda çalışmayapan uluslararası komisyonlarda ülkemizindeki bukonunun uzmanlarının da bulundurulması çokönemli olmaktadır. Güç sistemlerine uygulanacakölçü, koruma ve otomasyon cihazlarını tasarımlayan

A. TüreliElektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

ODTÜ, Ankara

ve protatip geliştiren TÜBİTAK BİLTEN'de bukonulara çok önem verilmekte, ilk tasarımaşamasından itibaren mümkün olan testleryapılmakta, gerekli önlemler alınmaktadır. Bubildiride dağıtım otomasyonu cihazlarınauygulanması gereken testler anlatılmıştır. Aşağıdagörüleceği üzere elektromanyetik uyumluluk testleridışında çevre koşullarına dayanıklılık testlerine dekısaca değinilmiştir. Elektriksel testler, izolasyon veelektromanyetik uyumluluk testleri olarak ayrı birşekilde sınıflandırılmıştır.

2. İZOLASYON

izolasyon testlerinin amacı cihazıntehlikeli gerilimlere maruz kalan girişlerindekiizolasyon materyallerinin dielektrikdayanıklılıklarını ve izolasyon seviyesininyeterliliğini doğrulamaktır. Bu testler tanımlı olanbütün giriş çıkış terminalleriyle şase arasındauygulanır. İzolasyon testlerini gerilim darbe vedielektrik testi olarak ikiye ayrılabilir. Test sırasındaherhangi bir izolasyon delinmesi ve atlamaizolasyonun yeterli olmadığını gösterir.

2.1 Gerilim Darbe TestiIEC 255-5 standamnda/1/ tanımlanmış

olan bu test yıldırıma benzeyen bir dalga şeklininuygulanmasıdır. Dalga şekli cephe süresi (Ts) 1.2usve sırt yarılanma süresi (Tr) 50us olan standartgerilim darbesidir. Dağıtım otomasyon cihazlarınauygulanan dalganın tepe değeri 5kV ve enerjisini0.5J olması gereklidir (Şekil I). Bu gerilim darbesiher iki polaritede 10 ar adet olarak uygulanır.

2.2 Dielektrik TestiTest, 1 dakika boyunca 50/60 Hz'lik, IEC

255-5 standardında/1/ verilen AC geriliminuygulanmasıdır. Dağıtım otomasyonu cihazlarındabu değer en az 2 kV rms tir. Test DC gerilimuygulanarak ta yapılabilir. Bu durumda DC gerilimdeğeri AC gerilim rms değerinin 1.4 katı olmalıdır.

2.3 Önlemlerİzolasyonun olması istenen devreler yeterli

miktarda birbirlerinden uzak olmalıdır. Buuzaklıklar IEC 255-5/1/ standardındaki değerlerdenbüyük olmalıdır.


- 105 -

Cihazın kutusu yalıtkan ve çevreşartlarıyla dökülmeyen bir boya ile boyanmalıdır.

Gereken yerlere izolasyon için koruyucufilm (dielektrik vs.) konulmalıdır.

Cihazın nem, asit buharı vb.'den etkilenipizolasyonunun bozulmaması için koruyucu plastiksprey vs. atılmalıdır.

%n>

Şekil I: Standart darbe dalga şekli

3. ELEKTROMANYETİK UYUMLULUK

Elektromanyetik uyumluluk testlerini,elektriksel şok dayanıklılık testleri (SWC= SurgeWithstand Capability) olarak da adlandırabiliriz.Bu gruba İMHz yüksek frekans girişim etki(İMHz burst disturbance), yüksek frekanslı hızlıgeçişli gerilim etki (elektrical fast transient/burst),elektostatik boşalma etki (elektrostatic discharge),elektromanyetik alan etki (radiatedelektromagnetic field), radyo girişim ölçümü (radiointerference measurement) testleri dahil edilebilir.Güç sistemlerinde kullanılan ölçü, koruma vekontrol cihazlarına uygulanacak en önemli testleryüksek frekans girişim ve yüksek frekanslı hızlıgeçişli gerilim testleri olup, aşağıda bahsedilendiğer testleri de uygulamak gerekir.

KuplajKapadtörkri

Şok Jeneratörü ~Şekil II: Elektriksel şok kuplaj metodlan

3.1 İMHz Yüksek Frekans Girişim TestiDağıtım otomasyon cihazının dış dünya ile

bağlantıları analog (voltaj ve akım), sayısal(yardımcı kontak veya anahtar durumu) girişler vesayısal çıkışlar, güç kaynağı girişi ve haberleşmegiriş/çıkışıdır. Elekriksel şoklar bu kablolarınherhangi biri yoluyla erişir. Bu nedenle bukabloların cihaza girdiği uçlar tipik testnoktalandır.

Şok test dalgalan, "transverse"(differential mode); herhangi iki kablo arasında

veya "longitudinal" (common mode); tüm kablolarve toprak arasında olmak üzere ikiye ayrılmıştır.Şok kapasitörler üzerinden uygulanır ve uygulanankablodaki seri bloklama bobinleriyle sadece cihazayönlendirilirler (Şekil H). Bu testler cihazçalışırken yapılır.

Dağıtım otomasyon cihazlarınınkonulduğu indirici merkezlerdeki elektriksel şokunana nedenleri çeşitli anahtarlama operasyonlarıdır.Örneğin, (Şekil IH) bir ayırıcının kapanmasısırasında bara endüktansı ile açık olan kesicininkontak arası kapasitansı ve akım trafosu üzerindentoprağa akan şarj akımının meydana getirdiği alan,akım trafosunun sekonder kabloları ile toprakarasında yüksek frekanslı bir gerilim endükler; bugerilim "common mode" dalga şeklinde elektronikcihaza kadar gider. Aynı şekilde, alam trafosuprimer ve sekonder sargılan arası kaçakkapasitansının eşitsiz dağılımı da akım trafosusekonder kablolan arasında bir "differential mode"gerilim oluşmasına ve bu kablolara bağlı cihazıngiriş uçlarına kadar gidebilmesine neden olur. Buyüksek gerilimler birbirlerini tekrarlayan, hırlısaünımlardır. Bu gerilimlerin tepe değeri 0.5 ile 10kV arasında değişebilmekte, 3-6 periyodda yandeğere inmekte, resonans frekansı devrekarakteristiğine göre 0.2-3 MHz arasındaolabilmektedir. Aynca bu gerilimler en fazla 2saniye kadar sürmekte, gerilim sinyallerinintekrarlanma sıklıkları en fazla saniyede 100olmaktadır. Bu sinyallerin varlığı, IEC 255-22-1standardında/2/ tanımlanmış olan İMHz yüksekfrekans girişim testinin yapılmasını zorunlu kılar.

C1,C2,C3,C4,C5C5 Kaçak kapasitörler

Toprak ağ örgüsü

l=Ieotsfa(2ıtft)

Şekil m

IEC 255-22- l/2/'e göre yüksek frekansgirişim testi 1 MHz frekansta, ilk tepe değeri"longitudinal" için 2.5 kV, "transverse" için 1.0 kVolan ve bu değerin % 50 sine 3-6 periyodda inensalınımlann, 2 saniye boyunca saniyede 400 keretekrarlanmasından oluşur (Şekil IV). Bu test için


- 106 -

frekans, gerilim ve tekrarlama sıklığı indiricimerkezlerde defalarca yapılan bir çok sanagözleminden sonra kararlaştırılmıştır. Salınımlı vetek yönlü test dalgalan için verilen bu özellikler,dalga üreteci terminallerinin açık devrekoşullarında geçerlidir.

Her ne kadar standartlarda bu testinuygulandığı frekans İMHz olarak belirtike de, birçok kuruluş bu testi daha geniş bir frekansbandında (0.2-3 MHz) yapılmasını istemektedirler.

Saniyede 400 defa tekrar ediyor

Şekil IV: İMHz yüksek frekans girişim dalga şekli

3.2 Yüksek Frekanslı Hızlı Geçişli GerilimEtki Testi

Bu test, çoğunlukla istasyon DCbataryasına bağlı kesici açma/kapama bobinleri,yardımcı röle ve kontaktann bobinlerindeki düşükalımlar kesildiğinde bobin sönene kadar tekrarlanankontaktaki açma kapamalar sebebiyle kablolarabindiği gözlenen darbelere karşı konulmuş birtesttir. Test, TEC 801-4 standardma/3/ göre, cepesüresi 5ns, sırt yanlanma süresi 50ns olan gerilimdarbelerinden (Şekil V-a) oluşan (tepe geriliminegöre belirlenen frekansta tekrar eden) 15 msboyunca süren gerilim darbe gruplarının (burst) 300ms'de bir tekrarlanmasıyla elde edilen sinyalin(Şekil V-b) test altındaki cihaza uygulanmasıylayapılır. Bu test dağıtım otomasyon cihazları için enaz sınıf 3 olmalıdır. Bu test cihaz çalışırkenstandartta belirtilen şekilde, gürültünün cihazınşehir şebekesi beslemesine; toprak ile faz arasınaverilmesiyle uygulanır. Test esnasında cihaz normalçalışmasına devam etmelidir.

1

•J»

15

«.1

U

- i/

A i

A\

u—^5«ıut3««t-—H

5l»t30%

\

a

İST i '! 3Mım i

(a) 0>)Şekil V: IEC 80M/3/'teki gerilim dalga şekli

ohm'dur. İnsanlar 3kV veya üstündeki elektrostatikboşalmaları hissedebilirler/4/. Durgun yük ileyüklenmiş bir insan herhangi bir cihazayaklaştığında durgun yük cihaza boşatabilir; budurumda bazı hassas elektronik devreleretkilenebilir. Bu sebeple elektrostatik boşalma testizorunluluk halini almıştır. IEC 801-2 standardına/5/göre yapılan bu test dört sınıflan oluşur. Uygulananboşalmanın dalga şekli daha önceleri ölçümyapılamadığından standart darbe şekli iken,1991'den sonra son ölçümlerin ışığında yeni dalgaşekli kabul edilmiştir (Şekil VI).

3.3 Elektrostatik Boşalma Testiînsan vücudu kuru hava şartlarında 15

kV'ta kadar durgun yük ile yüklenebilir. însanvücudunun kapasitansı 150 pF, direnci ise 150-1000


- 107 -

Şekil VI: Elektrostatik boşalma testi dalga şekli

3.4 Elektromanyetik Alan Etki TestiTelsiz gibi elektromanyetik dalga yayan

ci-hazlannın indirici merkezlerde operatörlertarafından kullanılmaya başlanılmasından sonraindirici merkez-lerdeki cihazlarda hatalıoperayonlar gözlenmiştir. Bunun için cihazlardaelektromanyetik alana dayanabilirlik seviyeleritesbit edilerek standartlar ortaya konulmuştur. IEC801-3 standardına/6/ göre yapılan bu testte dağıtımotomasyon cihazları enerjili iken, cihazlar 27-1000MHz frekans bandında, lOV/m alan şiddetine tabitutulurlar.

3.5 Radyo Girişim ÖlçümüDağıtım otomasyon cihazlarının etrafa

yaydığı radyo sinyalleri belli bir limitin üstündeolmamalıdır. Radyo girişim ölçümleri ve limitlerinkarşılaştırılması CISPR14 standardına/7/ göreyapılmalıdır.

3.6 Önlemler• Cihaz güçlü bir ekranlamaya sahip olmalı,• Güç kaynağı girişinde bulunan hat filtresişokları kabul edilebilir düzeye indirmeli, DC/DCçevirici devrelerinde yeterli izolasyon sağlanmalı,güç kaynağı kabloları da ekranlanaraktopraklanmalı,

• Bütün giriş/çıkışlarda (analog/sayısal girişler,sayısal çıkışlar, haberleşme giriş/çıkış vb.) SWCfiltrelemesi bulunmalı ve şoklar kabul edilebilirdüzeye indirilmeli ve yeterli izolasyon olmalı,• Kapasitif voltaj trafoları iyi ekranlarnalı ve iyitopraklanmak, sekonderden girişler burulukablolarla, alınmalı,• Giriş ve kontrol çıkış kabloları ekranlanmalı veekran her iki uçta indirici merkez toprağınatopraklanman, hatta birden fazla düşük empedanslıtopraklama kablosu kullanılmalı ve toprakbağlantısının "surge" empedansı düşürülmeli,

• Bir sinyale ait her iki kablo ortak ekran içindentaşınmalı ve sinyal devresi ise tek bir noktadatopraklanmak,

• Endüktif akım kesicileri kapasitörler ve (yeterliakım kapasiteli) metal oksit varistörler aracılığıylakorunmalı

• Kablo kanalları elektromanyetik girişimkaynaklarından mümkün olduğunca uzak olmak,aşın gürültülü ortamlarda çiftli ekrank kablajkullanılmalıEndüktif komponentler tarafından dahik olaraküretilen kısa sürek aşın gerilimler ters diyotlarlabastırılmak,• Herhangi bir devrenin terminalleri arasındakiyüksek frekanslı ve yüksek genlikk saknımlar vegeçişler RC alçak geçiren süzgeç ile bastırılmak,• Gerekk yerlerde film tip dirençlerin yerineyüksek kısa sürek gerilimlere dayanabilmelerindendolayı tel sanmk ve karbon dirençler kullanılmalı,• Kısa sürek yüksek gerilim darbelerindeözelliklerini yitirmeyen tipte (metalize plastik)kondansatörler kullanılmalı,• Devreler arası kaçak kapasitans üzerinden akanakımlar yankş çakşmaya neden olmayacak şekildekontrol altına alınmalı; bunun için devrelerin hassasbölümlerine ekranlamalar yapmak ve topraklamagibi yöntemlerle devreler arasında toprağa düşükempedans yolu oluşturulmak,• Tak merkezdeki tasarım ve kablaj cihazgirişlerindeki elektromanyetik girişim sinyallerimSWC standardındaki değerlere sınırlayacak şekildeolmalıdır.

4. ÇEVRE KOŞULLARINA DAYANIKLILIKTESTLERİ

Klimatik koşul ve mekanik testler çevrekoşullarına dayanıklılık testlerini oluşturur. Butestler genellikle üreticiyle müşteri arasındakianlaşmalara bağk olan testlerdir. Elektronik aygıtlarbüeşenlerineuygulanacak çevre koşullarınadayanıklılık temel deney yöntemleri olarak anılanbu standartlar:• Deney A: soğuk (TS 2141, JEC 68-2-1).

• Deney B: Kuru sıcaklık (TS2156, IEC 68-2-2),• Deney Db: Yaş sıcaklık (12 saat + 12 saat

çevrimi) (TS2153, IEC 68-2-30/1969),• Deney Fc: Titreşim (TS 2090, IEC 68-2-6),• Deney Ea: Mekanik darbe (TS 2155JEC 68-2-

27),• Yayla çakşan darbe deneyi (TS 8427, IEC 817),• Kızaran tel deneyi (TS 5019, IEC 695-2-1),• Muhafazaların sağladığı koruma derecelerinin

sınıflandırılması (TS 3033, IEC 529)standardıdır.

5. SONUÇ

Bu testler ve bunlara uymak için gerekkönlemler, elektrik dağıtım şebekesine bağlanan tümelektronik cihazları kapsamaktadır ve cihazlarınçalışma şartlarına dayanıklılığını (uygunluk vegüvenilirlik) belirler. Küreselleşen dünyamızdaendüstrinin rekabet gücünün artabilmesi, güveniliryani yukarıda andığımız kriterlerde elektriksel veçevre koşullan standartlarına uyan cihazlar üreterekmümkündür. Gümrük Birkğine girmeye hazırlananülkemizde sanayinin kaktek mal üretebilmesi vesatabilmesi bu standarttan tanıması, izlemesi veuygulamasıyla olanaklıdır. Gümrük Birliğisonrasında bu testlerden geçmemiş olan -standartlara uymayan - malların iç piyasada bilesatışı mümkün olmayacaktır.

Kaynaklar

t. IEC 255-5 "Insulation tests for electrical relays",19772. IEC 255-22-1 "Electrical disturbance tests for measuiingrelays and protection equipmenLPartl: İMHz burst disturbancetests",19883. IEC 801-4 "Electromagnetic compatibility for industrial-proces measurement and control equipment Pait 4: Electrical fasttransıent/burst iequiiements",19884. Lutz,M.,"Haefely ESD Notes"JÎAEFELYJune 19935. IEC 801-2 "Electromagnetic compatibility for industrial-proces measuiement and control equipment Part 2: Electrostaticdischarge requierements",19916. IEC 801-3 "Electromagnetic compatibility for industrial-process measuiement and control equipment Part 3: radiatedelectromagnetic fıeld requirements",19847. CISPR14 "Limits and methods of measuiement of radiointerference characteristics of household electrical appliances,portable tools and sımilar electrical apparatus", 1985

H«k«n Çiftçi: 1970'de Erzurum'da doğdu. O.D.T.Ü. Elektrik-Elektroruk Müh. ve Matematik Bölümlerinden 1992'de lisansderecelerini aldı. 1991 'den beri TÜBİTAK BÜVTEN'dearaştırmacı olarak görev yapmakta ohıp, O.D.T.Ü. Elektrik-Elektronik Müh. Böl.'de koruma akım trafoları üzerine yükseklisans çalışmalarını sürdürmektedir. EMO üyesidir.AvhMi Türeli: 1958'de İTÜ Elektrik Fakültesin'den yükseklisans, 1964'de University of Manchester'dan doktoraderecelerini aldı. ODTÜ Eleltrik-EIektronık Böhlmün'de öğretimgörevlisi olarak çalışmaktadır. 8Güç sistemleri, ölçü, korunu vekontrol ilgi alanlarıdır. Gerek yurt içinde, gerek yurt dışındayayınlan, uygulamaya girmiş tasarımlan bulunmaktadır.


- 108 -

ELEKTRİK DAĞITIM SİSTEMLERİNDE KAYIPLARIN İRDELENMESİ

Nevzat Özay Nezih GüvenElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü

Orta Doğu Teknik Üniversitesi06531 Ankara

Erol TunahTÜBİTAK BİLTEN


Özet: Türkiye'deki elektrik dağıtım sistemlerindekikayıplar uzun zamandan beridir üzerinde tartışılan birkonu olagelmiştir. Bu tartışmanın bu kadar güncelkalmasının nedenlerinin başında, elektrik dağıtımsistemlerindeki kayıpların diğer ülkelerdeki kayıplarınçok üzerinde olmasıdır. Dünya ortalaması % 8-10civarında iken bizde bu oranın % 18'lere varmasıduruma bir açıklık getirmeyi güçleştirmektedir. Bukonuyu aydınlatmak ve açıklamak üzere çeşitliçalışmalar yapılmış, tüm kayıplar içinde teknikkayıpların oranı bulunmaya çalışılmıştır. Ancak kayıporanı yapılan kimi kabullerle -özellikletransformatörlerin ortalama yüklülük oranı gibi-yakından ilgili olduğundan anılan çalışmalar süregelentartışmalara bir nokta koyamamışlardır.

GİRİŞ

TÜBİTAK Bilgi Teknolojileri ve ElektronikAraştırma Enstitüsü (BİLTEN) tarafından yapılan buçalışmanın amacı bu güne kadar yapılmamış birşekilde, gerçek verileri kullanarak kayıp değerlerini vebunların kayıp kaynaklan arasındaki dağılımınıhesaplayarak bu konuda süren tartışmayı sonaerdirmek ve kayıpların önlenmesi amacıyla yapılacakçalışmalara sağlam bir temel oluşturmaktır.

Kayıp hesabı çalışması için inceleme bölgesiolarak Ankara E.D.M. sınırlan içindeki OG ve AGDağıtım Şebekesi seçilmiş ve Ağustos 1993 - Temmuz1994 dönemindeki bir yıllık süre içerisinde şebekeninkaybı hesaplanmaya çalışılmıştır.

Bu dönem içerisinde çalışma bölgesininpuantı Ocak 1994 tarihinde 568 MW olarakgerçekleşmiştir. Çalışma bölgesinde anılan tarihlerde43 adet OG/OG indirici merkez ve yaklaşık 750 OGfiden ile 2816 OG/AG dağıtım transformatörübulunmuştur.

Çalışma bölgesinde bir yıllık toplam kaybınhesaplanmasında aşağıdaki kayıp türleri göz önünealınmıştır:

1. OG/OG transformatör kayıplan

2. OG fider kayıplan

3. OG/AG dağıtım transformatör kayıpları

4. AG fıder kayıplan

Yapılan hesaplamalarda mümkün olduğukadar eldeki mevcut veri ve ölçüm sonuçlanndan

yararlanılmaya çalışılmış, verinin bulunmadığı ya dahesaplamayı çok zorlaştıracağı durumlarda uygunvarsayımlar yapılmıştır.

OG/OG TRANSFORMA TÖR KA YIPLARI

OG/OG güç transformatörü kayıplanmnhesaplanmasında aşağıdaki kabuller yapılmıştır:

- Demir kayıplan her transformatörün kendi demirkaybı değerinin zamanla çarpılması yoluyla eldeedilmiştir.

- Güç transformatörlerinin tertiplenmiş ve normalizeedilmiş günlük yük eğrisinin Şekil l'deki gibi olduğuvarsayılmıştır. Transformatörlerin aylık puantdeğerleriyle şekildeki eğri çarpılmış ve elde edilentertiplenmiş yük eğrisi kullanılarak her birtransformatörün aylık bakır kaybı hesaplanmıştır.Aylık kayıplar toplanarak yıllık kayıplar eldeedilmiştir.

- Ay içindeki günlük puant değişimi göz önünealınmamıştır.

- Kayıpların hesaplanmasında kullanılan transformatörgücüne ve gerilim seviyesine göre demir ve bakır kaybıdeğerleri transformatör üreticilerinden alınmışdeğerlerdir. Bu değerler Tablo l'de bulunabilir.

Bu kabuller ve puant verileriyle yapılanhesaplamalar sonucunda kayıp değerleri Tablo 2'degörüldüğü gibi bulunmuştur.

Yüklenme oranı

I0.940.880.81

0.69

0.59

0.5

0.38

0.31

_

-_

• - i

U|

__.

II

1 ~*1III11

Ii |ı : 11 ' 1 1

i I 1] 1 [ 1

1 I !

14 18.5 19.3 21 240.5 1.5 4 8

Zaman (Saat)

Şekil 1. Tertiplenmiş ve normalize edilmiş günlük yükeğrisi


- 109-

Transf.Gerilimi(kV/kV)

34.5/6.3

34.5/6.3

34.5/6.3

34.5/6.3

34.5/6.3

34.5/15

34.5/15

34.5/15

Transf.Gücü(MVA)

2.5

5

7.5

10

16

7.5

10

15

DemirKaybı(kW)

3.8

6.5

9

11

15.5

5.2

6.4

9

BakırKaybı(kW)

24

38

50

63

91

44

55

80

Tablo 1. OG/OG transformatör gücüne ve gerilimseviyelerine göre demir ve bakır kaybı değerleri

Transf.Gerilimi(kV/kV)34.5/1534.5/6.3Toplam

DemirKavbı(MWh)

3946347.46741.4

BakırKaybı(MWh)

19216216.516408.5

ToplamKayıp(MWh)

58622563.923149.9

Tablo 2. OG/OG Transformatör kayıp değerleri

OG FİDER KA YIPLARI

OG fider kayıpları 34.5 kV'luk fıderler ve 6.3kV'luk fıderler olmak üzere iki ayn grupta elealınmıştır. Kayıpların hesaplanmasında yapılankabuller aşağıdadır.

a. 34.5 kVFider Kayıpları:

34.5 kV fider kaybının hesaplanmasındaaşağıdaki kabuller yapılmıştır:

- 34.5 kV fiderlerin OG/OG transformatörleri beslediğikabul edilmiştir.

- Fider uzunluklarının 7 km olduğu ve hertransformatörün bir fider tarafından beslendiği kabulüyapılmıştır.

- Kayıp hesabında her bir OG/OG transformatöründaha önce anlatılmış olan kabullerle bulunmuş yükünegöre onu besleyen fıderin kaybı hesaplanmıştır.

- Fiderler. kesiti 185 mm2 olan bakır iletkenli kabloolarak düşünülmüştür.

b. 6.3 kV Fider Kayıpları:

6.3 kV fiderleri kayıp hesaplarında aşağıdakikabuller yapılmıştır:

- Bir fıderde 6 adet. puantta % 50 yüklenen 630kVAlık transformatörün bulunduğu,

- Fider çıkış kesitinin 150 mm2 olduğu ve üçüncütransformatörden sonra kesitin 95 mm2 'ye düştüğü,

- Transformatörler arası mesafenin 400m olduğu,.

- Şekil l'deki eğrinin transformatörlerin tertiplenmişyük eğrileri olduğu,

- Bu şekilde yüklenen 600 adet fıderin bulunduğu,

kabul edilmiştir.

Hesaplamalar sonunda elde edilen kayıpdeğerleri Tablo 3'de verilmektedir.

Fider Gerilimi (kV)34.56.3Toplam

Kavıp (MWh)6071

1897125042

Tablo 3. OG fider kayıp değerleri

OG/AG TRANSFORMATÖR KAYIPLARI

OG/AG dağıtım transformatörlerikayıplarının hesaplanmasında aşağıdaki kabulleryapılmıştır:

- Demir kayıpları her transformatörün kendi gücü vegerilim seviyesine göre üreticiler tarafından verilendemir kaybı değerinin zamanla çarpılması yoluyla eldeedilmiştir.

- Transformatörlerin tertiplenmiş ve normalize edilmişgünlük yük eğrisinin Şekil l'deki gibi olduğuvarsayılmıştır. Transformatörlerin puant değerleriyleşekildeki eğri çarpılmış ve transformatörlerin puantayındaki günlük tertiplenmiş yük eğrileri eldeedilmiştir.

- Elde edilen tertiplenmiş yük eğrileri ancak puantmolduğu ay için geçerli olabileceğinden, aylıktransformatör puantının sistem puantı ile doğruorantılı olarak değişeceği kabul edilerektransformatörlerin aylık puantları elde edilmiştir.

- Transformatörlerin aylık puant değerleriyle Şekill'deki*eğri çarpılmış ve elde edilen tertiplenmiş yükeğrisi kullanılarak her bir transformatörün aylık bakırkaybı hesaplanmıştır. Aylık kayıplar toplanarak yıllıkkayıplar elde edilmiştir.

- Ay içindeki günlük puant değişimi sanayi yükübesleyen transformatörler dışında göz önünealınmamıştır.

- 34.5/0.4 kV'luk transformatörler sanayi besleyentransformatörler olarak düşünülmüştür. Bunlarınyüklerinin pazar günü dışında aynı olacağı, pazargünlerinde ise halita içi değerinin % 25"ine düşeceğikabul edilmiştir.

Bu kabuller ve puant değerleriyle yapılanhesaplamalar sonucunda kayıp değerleri Tablo 4'degörüldüğü gibi bulunmuştur.


- 110-

Transf.Gerilimi(kV/kV)

34.5/0.4

6.3/0.4

Toplam

DemirKaybı

(MWh)

5607

24444

30051

BakırKaybı

(MWh)

1034

10666

11700

ToplamKayıp

(MWh)

6641

35110

41751

Tablo 4. OG/AG Transformatör kayıp değerleri

AG FİDER KA YIPLARI

AG Öderlerinde elde mevcut hiçbir ölçümdeğeri bulunmadığından yıllık kaybınhesaplanmasında OG/AG dağıtım transformatörlerininyüklülük değerlen kullanılarak AG fıderlerin yüklülükdeğerleri bulunmuş, kayıp hesapları bu değerlerüzerinden yapılmıştır. Kayıp değerlerininbulunmasında aşağıdaki varsayımlar yapılmıştır:

- Ankara'da dağıtım çoğunlukla havai hatlarlayapıldığından tüm dağıtımın havai hatlarla yapıldığıkabul edilmiştir.

- Bir AG fidennin 10 direk boyunca gittiği ve 5.direkten sonra kesit düşürülerek bir alt kesite geçildiğivarsayılmıştır.

- Direkler arasındaki mesafenin 40 m olduğu kabuledilmiştir.

Bir dağıtım transformatöründen, dağıtımtransformatörü gücüne göre çıkış sayısı ve iletkenkesiti belirlenmiş, hesaplar ona göre yapılmıştır. İlgiliçıkış sayıları ve iletken kesitleri Tablo 5'de görülebilir.

Transf. Gücü(kVA)

0<Sfr< 315

315<S,r<630 .

630<S,r< 800

80()<Str< 1250

1250<S,r

Fider Sayısı

4

4

4

6

8

Fider Kesiti(mm2 Cu)

25

35

50

50

50

- Hesaplamalarda fiderlerin tertiplenmiş ve normalizeedilmiş yük eğrilerinin Şekil 1 'deki gibi olduğu kabuledilmiştir.

Yapılan hesaplamalar sonunda yıllık AG fiderkayıpları 91,200 MWh olarak bulunmuştur.

DUYARLILIK ANALİZİ

Yapılan çalışmaların girdi parametrelerindekideğişikliklere nasıl tepki verdiğini görmek amacıyladuyarlılık analizleri yapılmıştır. Bu çalışmadaaşağıdaki koşullarda ve daha önce de belirtilmiş olankabul ve yöntemlerle sistem kayıplan yenidenhesaplanmıştır.

- Günlük yük eğrisi, yük faktörü % 65 olan yükeğrisinden yük faktörü % 70 olan Şekil 2'dekitertiplenmiş yük eğrisi ile değiştirildiğinde

Dağıtım transformatörlerininartmldığında

Dağıtım transformatörlerininartmldığında

yükü % 10

yükü % 20

Hesaplama sonuçlan Tablo 6.7,8,9 ve 10'daverilmektedir.

Yük artışı

%0% 10%20

Yük faktörü%65

91200110352131329

Yük faktörü%70

101426122725146053

Tablo 6. AG fider yıllık kayıplannın duyarlılıkanalizleri sonuçlan (MWh olarak)

Yük artışı

%0

% 10

%20

Yük faktörü%65

28236

34166

40661

Yük faktörü%70

31402

37997

45219

Tablo 5. Transformatör gücüne göre varsayılan AGfider savısı ve kesiti

Tablo 7. OG fideranalizleri sonuçlan (MWh olarak)

duyarlılık

- Transformatör yükünün AG fiderler arasında eşitolarak dağıtıldığı kabul edilmiş, ve her transformatöriçin o transformatörlere bağlı AG fider kaybıhesaplanmıştır.

- Transformatör yükünün de aylara göre değişimi gözönüne alınmış, AG fider kayıplan yükteki bu değişimgöz önüne alınarak hesaplanmıştır.

Yük artışı

%0% 10%20

Yük faktörü%65

417524420946901

Yük faktörü%70

430644579748790

Tablo 8. OG/AG transformatörleri yıllık kayıplanrunduyarlılık analizi sonuçlan (MWh olarak)


- 111 -

Yüklenme oranı

ı0 940.880.81

0.75

0.65

0.55

0.45

0.4

0.5 1.5 8 14 18.5 19.3 21 24

Zaman (Saat)

Şekil 2. Tertiplenmiş ve normalize edilmiş,duyarlılık analizinde kullanılan günlük yük eğrisi

Yük artışı

% 0%10% 20

Yük faktörü%65

231502659630370

Yük faktörü%70

249902882233020

Tablo 9. OG/OG transformatörlerin yıllık kayıplarınınduyarlılık analizleri sonuçlan (MWh)

Yük artışı

%0%10%20

Yük faktörü%65

184340215324249260

Yük faktörü%70

200882235340273081

Tablo 10. Çalışma bölgesinin yıllık toplamkayıplarının duyarlılık analizleri sonuçlan (MWh)

SONUÇ

Sistemin yıllık enerji satışı OG/AG dağıtımtransformatörlerinin daha önce yapılan kabullerdoğrultusunda verdiği enerji olarak kabul edilerekhesaplanmış ve 3,383,566 MWh olarak bulunmuştur.Bu değerler kullanılarak bulunan yüzde kayıp oranlanTablo U'de verilmiştir.

Sistemdeki kayıplar içerisine her bir kaynağınpayı da Şekil l'deki tertiplenmiş yük eğrisikullanıldığında ve normal yüklenme kabul edildiğindeTablo 12'deki gibi olmaktadır:

Yük anısı

% 0% 10%20

Yük fakörü%65

% 5.45% 5.79%6.14

Yük faktörü%70

% 5.56% 5.92

% 6.3

Tablo 11. Çalışma bölgesinin yıllık toplamkayıplannın duyarlılık analizleri sonuçlan (yüzde)

OG/OG Tr.OG/AG Tr.OG FiderAG FiderToplam

Kayıp (MWh)23150417522823691200

184340

Yüzde0.681.240.842.695.44

Tablo 12. Kayıpların kayıp kaynaklan arasındakidağılımı

Sonuç olarak ülkemizde de dağıtımsistemlerindeki teknik kayıplann en abartılırakamlarla % 6-7 oranında olabileceği görülmektedir.Bu oranda bir teknik kayıp ile % 18'lere varankayıplan açıklamak oldukça güçtür. En azından % 10oranında kayıp açıklamasız kalmaktadır. Buaçıklanamayan kaybın yıllık mali portresi kWh başına3000TL'lik bir fiyatla yaklaşık bir trilyon TLolmaktadır. Bu nedenle kayıp kaynaklan en kısazamanda belirlenerek saf dışı bırakılmalı ve ulusalekonomiye bir yük olmaktan çıkanlmalıdır.

KAYNAKLAR

1. Ankara Dağıtım Sisteminin Yıllık Enerji KaybınınHesaplanması, ODTÜ/TÜBİTAK-BİLTEN, Rapor,Ekim 1994

ÖZGEÇMİŞLER

Nevzat Özay: 1944 yılında Nevşehir'de doğmuş vesırasıyla BS ve MS derecelerini ODTÜ ElektrikMühendisliği Bölümü'nden Doktora derecesini iseUniversity of Manchester'dan (İngiltere, 1971) almıştır.Halen ODTÜ Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBölümünde Öğretim üyesi olarak çalışmaktadır.

Nezih Güven: 1956 yılında Konya'da doğmuş ve BSderecesini ODTÜ Elektrik Mühendisliği Bölümü'ndenMS ve Doktora derecelerini ise The Ohio StateÜniversitesinden (Amerika, 1984) almıştır. Şu andaODTÜ Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBölümünde Öğretim üyesi olarak çalışmaktadır.

Erol Tunalı: 1969 yılında Bulgaristan'da doğmuştur.BS derecesini Hacettepe Üniversitesi Elektrik veElektronik Mühendisliği Bölümünden almıştır. HalenODTÜ Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBölümü'nde MS çalışmasına devam etmakte veTÜBİTAK Bilgi Teknolojileri ve Elektronik AraştırmaEnstitüsü'nde araştırmacı olarak çalışmaktadır.


- 112-

YÜK AKIŞI MODELLEMESİ İÇİN NESNEYE DAYALI

GRAFİK KULLANICI ARA YÜZÜ

Nezih Güven, Önder YazarElelktrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü


Özet: Nesneye dayalı yazılım mühendisliği tekniğison yıllarda yaygın kabul görmektedir. Analiz vetasarım aşamalarında nesneye dayalı yaklaşımyazılım mühendisine gerçek hayattaki varlıkları,programlama dilinin sunduğu basit veri tipleridışında, kendi soyut veri tipleri cinsinden detanımlama imkanı sağlamaktadır. Bu çalışmanınamacı, bir güç sistemi şebekesinin nesneye dayalımodelinin oluşturulması ve bu modelin üzerindeçalışacak bir yük analizi uygulaması ve birVV'indovvs tabanlı grafik kullanıcı arayüzününgerçekleştirilmesidir. Bu kullanıcı arayüzü dahasonra esnek ve ortamdan bağımsız olarakherhangi bir güç sistemi uygulamasına kolaylıklaadapte edilebilecektir. Uygulama, kalıtım,çokşekillilik gibi nesneye dayalı programlamanınsunduğu teknikleri sıklıkla kullanmaktadır.

1. GİRİŞ

1.1. Çalışmanın Amacı

Günümüzde gelişmiş yazılım ve donanımteknolojilerini yoğunlukla kullanan güç sistemiuygulamalarının modem yazılım mühendisliğininzorunlu kıldığı özelliklere (yeniden kullanılabilirlik,taşınabiliriik, büyüyebilirlik vb.) cevap vermekteyetersiz kaldığı gözlenmektedir [1-5]. Bu nedenlegüç sistemi yazılımlarının geliştirilmesinde dahaverimli ve uygun metodlann kullanılması sık sıkgündeme gelmektedir.

Nesneye dayalı yazılım mühendisliği bilgi gizleme(information hiding), veri soyutlama (da taabstraction) ve modülerlik gibi özellikleri ileyukarıda bahsedilen gereksinimleri karşılamayaaday bir teknik olarak karşımıza çıkmaktadır[6].

Güç sistemi uygulamalarının diğer bir önemli birgereksinimi de grafik kullanıcı arayüzüteknolojisinin hızlı gelişimi ile ortaya çıkmıştır.Grafik kullanıcı arayüzlerinin eğitim, tasarım veyaoperasyona yönelik güç sistemi uygulamalarındakullanımı hızla artmaktadır.

Bu çalışmanın ana hedefleri, yukarıda bahsedilendoğrultuda bir güç sistemi şebekesinin nesneyedayalı modelinin oluşturulması ve bu modelle

uyumlu bir grafik kullanıcı arayüzü prototipningerçekleştirilmesidir. Bu prototip, güç şebekeleriningrafik bir ortamda etkileşimli olarakyaratılması/değiştirilmesi ve üzerinde genel amaçlıgüç sistemi uygulamalarının çalıştırılması amacınahizmet edecektir.

İleride tasarım detayları incelenecek olan prototipMS Windows üzerinde C++ dili kullanılaraköncelikle bir yük akışı uygulaması olarakgerçekleştirilmiş ve bu prototipe ISEPS (IntegratedSimulation Environment for Power Systems) ismiverilmiştir.

1.2. Nesneye Dayalı Tasarım

Herhangi bir uygulamanın tasarımında ilk adım,gerçek problemin, tasarım ortamınının kurallarınagöre modellenmesidir. Yapısal tasarımmetodolojilerinde bu işlem çok dikkatli ve detaylıolarak ele alınması gereken bir aşamayıoluşturmaktadır.

Nesneye dayalı tasarımda ise problemi oluşturankavramsal veya fiziksel varlık grupları varlıközellikleri ve bu varlıkların üzerinde yapılacakişlemler belirlenerek nesne sınıflan (object-classes)nesne özellikleri (object attributes) ve üzerlerindekiişlemler (object methods) oluşan problem modelioluşturulur. Bu gerçeğe yakın model nesneye dayalıprogramlamanın sağladığı olanaklar kullanılarakprogramlama ortamına aynen aktanlabilmektedir.Bu teknik hızlı tasarım ve gerçekleştirmeyeyatkınlığından dolayı "Hızlı Prototipleme" (RapidPrototyping) metodolojisinde sıklıkla

kullanılmaktadır.

Nesneye dayalı tasarım yapısal tasarımmetodolojindekilerin dışında birçok değişik teknikve buna bağlı olarak kendisine ait terminolojiyi deberaberinde getirmektedir. Sistem tasarımınageçmeden önce bunlann belli başlılarını açıklamaktayarar görmekteyiz.

Bilgi Gizleme: Yukarıda nesne (object) olaraktanımladığımız gerçek varlıklar tasarım veprogramlama ortamında özellikleri (attributes) vemetodlan ile birlikte tanımlanır. Dış dünyadaki


- 113-

nesnelerin (problemi oluşturan diğer nesneler) bunesnenin metodlannı bilmesi yeterlidir. Nesnenintaşıdığı veri elemanlarının ne olduğu ve bunlarınnasıl işlendiğine dair hiçbir bilgiye gerek yoktur.Bu sayede programcıya daha önce tanımlanmış birnesne havuzuna kolayca yeni tip nesneler eklemeimkanı sağlanmaktadır. Bu da bir yazılımınbüyüyebilir ve yeniden kullanılabilir olmasıanlamına gelmektedir.

Veri Soyutlama: Tanımlanan nesneler yapısalprogramlama dillerindeki standart veri tipleri (örn:int, float v.b.) gibi kullanılabilirler.

Kalıtım: Benzer özellikler taşıyan nesne sınıflanhiyerarşik olarak düzenlenerek kalıtım özelliği(inheritance) sayesinde birbirlerine özellik ve metodaktarabilirler. Bu özelliğin en büyük yaran benzerkodların tekrarlanmasını önlemesidir.

Çokşekillilik (Poiymorphism): Farklı tiplerde olannesneler özel bir kalıtım ağacında toplanarakgnıplanabilir. Buna örnek olarak farklı nesnelerdenoluşan bir bağlı listeyi (linked list) verebiliriz.(Yapısal bir dilde bu mümkün değildir)

KULLANICI ARA YÜZÜ MODÜLÜ

Fi ukselsnclcr

GrafikNesneler

Fiziksel ve (Jrailk Bü çiler ""*"**—•

**"

TopolouFonksıvonlan

Kullanıcı

~~ - *

ArşıvlenK

PençeNesne

reen

Çıktılar• <iUÇ SİSTEMİ UYGULAMALARI :

Şekil 1.Sistem Modülleri

2. SİSTEM TASARIMI

2.1. Sistem Modülleri

Daha önce de belirtildiği gibi geliştirilen yazılımınamacı güç şebekelerinin grafik bir ortamdaetkileşimli olarak yaratılması ve simüle edilmesidir.Bu bölümde sistemi oluşturan modüller ve bumodüller arasındaki ilişkiler detaylı olarakincelenecektir.

ISEPS birbirinden bağımsız olarak gerçekleştirilmişiki ana modülden oluşmaktadır (Şekil 1). Bunlardanbirincisi Kullanıcı Arayüzü (KA) modülü olup güçşebekesinin tanımlanması, verilerinin girilmesi,oluşturulan şebekenin topolojisinin belirlenerek güç

sistemi uygulamasına aktarılmasından sorumludur.Esas olarak bu çalışma kapsamında gerçekleştirilenyazılımı KA modülü oluşturmaktadır.

İkinci modül Güç Sistemi Uygulaması (bugün içinsadece yük akışı uygulaması gerçekleştirilmiştir)olup bu çalışmanın kapsamı dışındagerçekleştirilmiştir. Bu modül KA modülündenaldığı şebeke bilgilerini kullanarak şebekeçözümünü gerçekleştirmek ve sonuçlan tekrar KAmodülüne aktarmakla yükümlüdür.

Aşağıdaki alt başlıklarda KA modülünü oluşturan venesneye dayalı yaklaşımla tasarlanmış olan altmodüller incelenecektir.

2.2. Pencere Sistemi Nesneleri

Bu altmodülde MS Windows Pencerelerinintanımı için gerekli ve tüm Windowsuygulamalarında bulunan standard dizinlerbulunmaktadır. Bu nedenle bu modülün tasannuhakkında detaylı bir açıklama yapılmayacaktır.Genel olarak bu modülün ana görevlerini uygulamapencerelerini yaratmak/yönetmek ve kullanıcı veyasistem tarafından tetiklenen olaylan idare etmekolarak özetleyebiliriz.

2.3. Fiziksel Nesne Tasarımı

Birinci bölümde de bahsedildiği gibi gerçekhayattaki problemin programlama ortamınaaktanlması, nesneye dayalı tasanmda, problemioluşturan varlıklann gruplanarak hiyerarşik biryapıda tanımlanması yoluyla yapılmaktadır. Bunedenle önümüzdeki ilk problem bir güç şebekesinioluşturan elemanlann özelliklerine göre gruplayarakfiziksel nesne yapısını oluşturmaktadır.

Buna göre en genel olarak tüm güç şebekesielemanlarım "Component" (eleman) başlığı altındatoplayabiliriz. Doğal olarak hiyerarşi ağacı üzerindeaşağıya^ doğru gidildikçe bu elemanlar özellikleribakımından genelden özele doğru gelişecektir(Şekil 2).

Hiyerarşinin en altındaki elemanlann ise gerçekhayattaki devre elemanlannın yerine geçmesibeklenir. Ancak grafik kullanıcı arayüzünün dahakolay kullanılabilir olması ve kullanıcının hatadanuzak tutulması amacıyla bu ağaca bazı kavramsaldevre elemanlan da eklenmiştir. Nihai şebekeninekran üzerinde yaratılmasından sonra programtarafından elde edilen topolojik yapıda bu kavramsalelemanlar bulunmamaktadır.


- 114 -

Kullanıcı tarafından yaratılan şebeke elemanlarıgenel sınıflarına göre (Port, Bus, Brancfa, Injection,Switch) birer bağlı liste üzerinde tutulmaktadır. Bulisteler çokşekillilik özelliğinden yararlanılarakoluşturulmuştur. Yani bir listede özellik ve metodolarak birbirinden farklı elemanlar

tutulabilmektedir. Fiziksel nesne havuzunu oluşturanbağlı listelerin yapısı Şekil 3' de verilmiştir.

Şekil 2. Fiziksel Nesne Hiyerarşisi

Buslist

DD

Connectionlist

DD

NPortlist

BranchList

POVVER NETVVORK ISLAND

Şekil 3. Bağlı Listeler

Fiziksel nesnelerin oluşturduğu şebekenin doğrutanımlanabilmesi amacıyla her bir fiziksel nesneyeçeşitli kısıtlama metodlan eklenmiştir. Buna göre bukısıtlara uymayan kullanıcı istekleri sistemtarafından geri çevirilir.

2.4. Gratlk Nesne Tasarımı

Grafik nesneler genel olarak kullanıcının ekranüzerinde yarattığı fiziksel nesnelerin kolayca ve

etkili bir şekilde yönetilmesini sağlamak üzeretasarlanmıştır. Grafik nesne ağacında fiziksel nesneağacının her bir yaprağı için bir elemanbulunmaktadır. Bu nesneler genel olarak bir çizimyöneticisi (dravvtool) nesaesi altında toplanmıştır.Kullanıcının çizim «kranında tetiklediği her olay buçizim yöneticisi tarafından yakalanarak uygun olangrafik nesnelere dağıtılır. Örneğin kullanıcınınekranda bir bara çizmek istemesi

DrawTool= &BusDrawTool;DrawTool->DrawBeginQCCoor,YCoor);

dizininin çalıştırılmasına neden olur. Bu çok şekilliyapı sayesinde benzer çizim fonksiyonlarının herbirşebeke elemanı için tekrar edilmesine gerekkalmamıştır.

Grafik nesnelerin fiziksel nesnelerden izole edilmesisayesinde geçici grafik özelliklerin her bir fizikselnesne için hafızada yer kaplaması önlenmiştir. Aynızamanda bu ayrım kullanıcının çizim sırasındayapabileceği hataları önceden önlemek açısından dayarar sağlamaktadır. Grafik nesne tanımına ilişkinsınıf hiyerarşisi Şekil 4' de verilmiştir.

Şekil 4. Grafik Nesne Hiyerarşisi

3. SİSTEMİN GERÇEKLEŞTİRİLMESİ

Daha önce de belirtildiği gibi ISEPS Protototipi MS-Windows ortamında Borland C++, Borland ClassLibrary ve Borland Object Windows Library (OWL)kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sistemin kullanımıolabildiğince basit olacak şekilde tasarlanmış, ikincibölümde bahsedilen kısıtlamalar sayesinde kullanıcıhataları büyük ölçüde engellenmiştir. Şebekeninyaratılması, değiştirilmesi, parametreleriningirilmesi vb. işlemler. kullanıcı tarafındanherhangibir sırada gerçekleştirilebilir. Şekil 5 ve 6"da ISEPS ile çizilen bir şebeke ve bu şebekeelemanlarının parametrelerinin girildiği menüpencereleri gösterilmiştir.

Değişik hafıza kapasitelerine sahip AT-386 ve AT-486 bilgisayarlarda denenen ISEPS'de donanımkapasitesi ile ilgili herhangi bir sorunlakarşılaşılmamıştır. Ekran üzerinde çizilebilecekşebeke elemanı sayısı donanımın hafızası ileorantılıdır.


- 115 -

Vlew Draw Funcıions Applications Parameleu

fonksiyonların eklenmesine kolaylıklaverebilecek bir iskelet oluşturmaktadır.

izin

Şekil 5. ISEPS'de Şebeke Çizimi

file vıew Graw Functıons Applications Parameters

Şekil 6. Parametrelerin Girilmesi

4. SONUÇ

Güç sistemi uygulamaları, yazılım mühendisliği vegrafik kullanıcı arayüzleri gibi başlı başına üç ayndisiplinin birlikte ele alındığı bu uygulamadaaşağıdaki sonuçlara varılmıştır.

Nesneye dayalı tasanm ve programlama tekniği ilegüç sistemi problemleri kolaylıkla modellene-bilmekte ve elde edilen yazılımlar modem yazılımmühendisliği gereksinimlerine cevapverebilmektedir. Zira ISEPS yazılımı bir pototipolarak ele alındığında yeni modüllerin ve

Grafik arayüzlerin kullanımı (diğer uygulamalardaolduğu gibi )güç sistemi uygulamalarında dakullanıcıya kolay anlama, hız ve verimliliksağlamakta, kullanıcı hatalarını en azaindirmektedir.

KAYNAKLAR

[1] A.F.Neyer,F.F.Wu,K.Imhof,"Object OrientedProgramming For Flexible Software:Example ofLoad FIow".IEEE Transactions On PowerSystems,pp. 689-696 (Aug 1990)

[2] B.Hakavik, A. Tolen."Power System Modellingand Sparse Matrix Operations Using ObjectOriented Programnüng", IEEE Transactions OnPovver Svstems,pp. 1045-1091 (May 1994)

[3] J.S.Horton.D.P.Gross,"Computer Configura-tions'.Proc od IEEE.pp 1659-1169,(Dec 1989)

[4] D.Ince,"A Revolution in Softwa/eDevelopment", The Computing Magazine, TheComputer Magazine,(1987)

[5]J.L.Schedt,S.E.Müler,S.A.Klein.M.K.Enns,S.C.Savaiescu, "Future Role Of High LevelLanguages in Povver System Control Centers",IEEE Transactions On Povver Systems,pp. 1206-1212 (Aug 1987)

[6] Pfessman R.,"Software Engineering".McGRAWHILL International Editions.pp 334-358?(1987)

ÖZGEÇMİŞLER

Nezih Güven

B.S. derecesini 1979 yılında ODTÜ ElektrikMühendisliği bölümünden, M.S. ve Ph.D.derecelerini sırasıyla 1981 ve 1984' de Ohio StateÜniversitesinden almıştır. Halen ODTÜ'de öğretimüyesidir.

Önder Yazar

1987 yilinda Konya Anadolu Lisesini bitirdi. 1991yılında ODTÜ Elektrik-Elektronik Mühendisliğibölümünden mezun olduktan sonra aynı bölümden1995 senesinde M.S. derecesini aldı. TübitakYazılım Ar. Ge. Merkezi ve Bilkent ÜniversitesiBilgisayar Merkezinde çalıştı. Halen İTÜ VakfıSavunma Araştırmaları merkezinde çalışmaktadır.


- 116 -

BİNA İÇİ VE BİNA DIŞI ELEKTRİK TESİSATLARINDAYILDIRIMLARA KARŞI KORUNMA

İsmail KaşıkçıITT Frankfurt, VDE Berlin

1. IEC ve VDE NORMLARI

Yıldırım ve yıldırımdan dolayı ortayaçıkan yüksek gerilimlere, yangın veölümlere karşı insan, mal ve eşyalar, binaiçi ve bina dışı elektrik tesisatları,elektronik cihazlar korunmak zorunda-dırlar. Özellikle insanların çok olduğubinalar, okul ve hastaneler, kuleler, müze,spor sahaları yıldırıma karsı korunmakzorundadır. IEC TC 81 veya DİN VDE0185 norm ve standartları bu konuya İMaçıklık getirmektedir, çizelge Ive 2.

IEC TC 81

IEC 1024-1 IEC 1312-1 Teknik

Kısım I,Genel Kıs'ımprensibler 1-6

Kısım II, Özel Kullanımdurumlar klavuzu

Kullanımklavuzu

Çizelge 1: IEC TC 81 yıldırım tesisatınorm şeması

DİN VDE 0185

Kısım I Kısım IITesisat için genel Özel binalarınbilgiler tesisatı

Çizelge 2: VDE 0185'in kısımlaraayrılması

bülten

2. Bina dışı elektrik tesisatlarındayıldırıma karşı korunma

Bina dışı elektrik tesisatı üç bölümdenoluşur, şekil 1.1) Yakalama uçları2) İniş iletkenleri3) Topraklama sistemi

Yakalama uçları için (10x20) m ağşebekeye ve 45 derecelik koruma açısınagereksinim vardır ve çatı alanının hiç birnoktası yakalama uçlarından 5 m uzaklıktaolamaz. Yakalama uçlarının sayısı

Binanın çevresi (m)n = (l)

20 (m)

Şekil 1: Bina dışı tesisat şeması


- 117 -

2.1 Bacaların tesisatı- Her 20 metrede yakalama uçları tesis

edilir.- Bacanın ucunda, 0,5 m yüksekliğinde 16

veya 20 mm paslanmaz çelik tesisedilir.

- Parafudr tesis edilmelidir.- 20 metre çevresindeki tüm metaller

dengeleme potansiyeline tesis edilir.2.2 Kuleler- Her 20 metrede bir yakalama ucu tesis

edilir.- Kulelerin içine iletken döşenemez.- Yıldırım potansiyel dengelemesi

yapılmalıdır.2.3 Çelik betonlu kuleler- Dört iletken beton içine gömülür.- Her 10 metrede ring iletkeni yıldırım

potansiyel dengelemesine direkt olaraktesis edilir.

2.4 Hastaneler- (10x10) m gözlü ağ şebekesi yapılır.- Binanın çevresinde her 10 metrede

yakalama uçlarının sayısı arttırılır.- Özel potansiyel dengelemesi yapılır.2.5 Spor sahaları

- Tüm binalar, direkler, arsa ve arazileryıldırım tesisatına dahil edilir.

- Dokunma ve adım gerilimine dikkatedilmelidir.

- Tribün ve köşelerde yakalama uçlarıtesis edilmelidir.

2.6 Yüksek inşaat vinçleri- Vinç raylarının uçları ve her 20 metrede

1,5 m uzunluğunda çubuklar iletopraklanmalıdır.

- Enerji girişine parafudr tesis edilmelidir.

3. Yıldırıma karşı bina içi tesisatlar

Elektronik cihazların özel ve iş yerlerindeyaygın bir şekilde kullanımı, yıldırımakarşı bina içi tesisatları hassas bir durumagetirmiştir. Elektronik cihaz ve tesislerindarbe gerilimlerine göre etkilenmeleriçizelge 3'de gösterilmiştir.

Çizelge3: Cihazların yıldırımdanetkilenmeleri

Cihaz/Kablo

Kuvvetli akımcihazlarıTelekomünikasyonDirenç vekondansa-törlerTTLMOSTelekomünikasyonkablolarıSignal KablosuKuvvetli akımkablosu

Darbe gerilimi(KV) (1,2/50)

5..S

1..30,5..5

6.. 1003..1005..8

<20<30

Yıldırım boşalmalarında tesisat, binaiçindeki elektrik potansiyeli, yıldırımıngücüne ve darbe topraklama direncinindeğerine göre 10 ile 100 kV arasındayükseliyor, dolayısıyle cihazların yalıtkanlıkdayanıklığı azalıyor. Potansiyel dengelemesibina içinde aktif iletkenlerde oluşanpotansiyel farklılıklarını ortadan kaldırıyor.Bilgisayar ve elektronik cihazlarınkullanıldığı binalarda normal bir tesisatyerine "elektromagnetik- dayanıklık-yıldırıma karşı koruma alanı sistemi"uygulanıyor, şekil 2.

Şekil 2: EM- Yıldırıma karşı koruma alanı


- 118 -

Bu sisteme göre LEMP (ışık yayma fazı) veSEMP (şalterin açma-kapama anındakiyayma fazı) ayrı ayrı planlanır. Her bölgeiçin kullanılan parafudrlar koruma seviyesive iletkenlik gücü kademeli olarak tesisedilidir.3.1 Aşırı gerilimlerBina veya mevki, yer siperi tesisiyapılmadığı takdirde, direk arkboşalmalarına karşı iletkenlerde, komşubinalarda, AG tesislerinde yalıtkanlıkkoordinasyonu yapılmalıdır. Enformasyonve enerji kabloları ayrı yerlerdenbeslenmelidir ve parafudr tesis edilmelidir,şekil 3. Yıldırım düşmesinde tesisatınpotansiyeli, darbe topraklama direncindekigerilim düşümü kadar yükselir, bina içindeise tehlikeli potansiyel farklılıkları ortayaçıkmaz. Genel olarak enformasyon ve signaliletkenleri, bilgisayar merkezleri siperedilmelidir ve hassas parafudrlarseçilmelidir, şekil 4.

( I H I İ İ I K

hY ı l d ı r ı m - K a r u m a s ı n ı n 1

güvenlik mesafesi:

Şekil 4: Parafudr seçimi

3.2 YaklaşımlarYıldırım akımının kıvılcımı vereaksiyonları, korunan bina ve içindekieşyalara geçmesini önlemek için, yıldırımtesisatı ve metal tesisatlar ve geçirgeniletkenlerin mesafesi, güvenlikmesafesiden büyük olmalıdır. Bu durumda

Şekil 3: Enerji ve enformasyon kablolarınıntesisatı

(2)

Simgeler:

s : Güvenlik mesafesiki: Koruma sınıfıkc: Geometrik şekilkm: Materyal değeri1 : Koruma iletkenin uzunluğu


- 119 -

3.3 Duvardaki yaklaşımlar

a) Yıldırıma karşı koruma tesisatındapotansiyel dengelemesi var ise:

(3)

>- (4)7 n

b) Potansiyel dengelemesi yok ise

1 Re

5D ( B = I )>- +- (5)

ReDn

(6)7 n

Koruma iletkenleri en kısa yoldantopraklama sistemine tesis edilmelidir.Yıldırıma karşı tesisat için, zemintopraklaması öngörülmüş ise, belli birtopraklama direncine gerek yoktur.Potansiyel dengelemesi olmayan binalardatopraklama direnci:

R, <5 . D

Simgeler:

(7)

D :Toprak üstü yıldırım iletkenleri ile,büyük metal kısımların veya kuvvetliakım tesisleri arasındaki en küçükmesafe.

n : Yakalama uçları sayısıR:ı : Topraklama direnci1 : İletkenlerin uzunluğu

4. TN ve TT sisteminde iletkenlerinboyutlandırılması

İletkenlerin kesiti : 16....25mnrTopraklama iletkeni: 16 25mm2

Sigortanın nominal akımı: < 160 A

Yıldırım akımı ve fazla gerilim içinparafudrlar ayni binada tesis edilirsearadaki mesafe 5 metreden fazla olmalıdır.

Kaynakça:

/I/ DİN VDE 0185 , Alman normu, kısım1 ve II "Bina içi ve bina dışı elelektriktesislerinde yıldırımlara karşı korunma"1982.121 EMV-Blitz-Schutzkonzept. RichardPflaum Verlag GmbH&Co.KG,1994

İsmail Kaşıkçı,Denizli lisesinibitirdikten sonra,Almanya'daElektrik

Elektronik dalındaiki Lisans,

İngiltere'deY.Lisan yaptı. Şu

anda ITT'de kısım seti olarak çalışmakta,VDE, akademi ve üniversitede dersvermektedir.


- 120 -

ELEKTRİK SİSTEMLERİNDE TOPRAKLAMAİsmail Kaşıkçı

ITT Frankfurt, VDE Berlin

1. AG ŞEBEKELERİNDETOPRAKLAMA

1.1 Elektrik akımının etkileri

Elektrik akımlarına çarpılma, ölümler vesakat kalmalara neden olduğundan,tesisatlarda güvenlik ve standartlarınuygulanması önemlidir. IEC 479'a göreelektrik akımının etki alanı, şekil l'degösterilmiştir.

5000ms

2000

, 1000

I 500

200

100

| 1

1\\\

I1\\

1

V\\\\\

3

N

\

0.5 1 2 5 10 20 50 100 200 mA 500 1000

Şekil 1: Elektrik akımının zamana bağımlıetkisi

Elektrik enerjisinin kullanımında insanlar,eşya ve hayvanlar tehlikeli akımlardan,normal işletme ve hata akımındankorunmak zorundadırlar /I/. İşletme anındasistemlerin aktif kısımları direkt veindirekt tesadüf dokunmalara karşıkorunmalıdır. Şebekenin ve teçhizatıntopraklanması, koruma iletkenin tesisatı,topraklama dirençlerinin değeri vesigortaların iyi seçilmesi topraklamayıetkileyen en önemli faktörlerdir.1.2 AG şebeke ve sistemlerindetopraklama yöntemleri

a) TN-Sistemi

TN sisteminde akım kaynağı direkt işletmetopraklamasına, teçhizat ise PE veya PEN

üzerinden işletme toprakla-masına tesisedilir, şekil 2. IEC'nin önerdiği tesisatTN-C tesisatıdır.

-u-L2

-13

-PEN

JL.

VTİPEH

Şekil 2: TN-C sistemi ve eşdeğer şemasıTN sisteminde topraklama şartı:

(Dla

Simgeler:Ia : Şalterin açma akımıUo : 230 VZs : Akım kaynağı ile hata arasındaki

(loop) empedansTN sisteminde PEN iletkenin şebekeboyunca ve bina girişinde ana potansiyeldengeleme rayına tesis edilmesi ve düşükempedanslı olmasından, otomatın açmaakımı yüksek değerler alır. Bu nedenleoluşacak dokunma gerilimlerini düşürür.TT sistemine göre en önemli avantajıbudur.

b) TT sistemi

Akım kaynağı işletme topraklamasına,teçhizat ise ayrı bir topraklama levhasına,band şeritine veya zemin topraklamasınatesis edilmiştir, şekil 3.


- 121 -

PE

•Ll

•12•13• N

•u• 1 2

•L3

o o o b-f*PE

Şekil 3: TT sistemi ve eşdeğer şemasıTopraklama şartı:

R.< (2)

TT sistemi en eski topraklama şeklidir.Şebekenin işletme dirençlerini ve trafonunsıfır empedansını, toraklama direncinegöre düşük kabul edersek bu durumdakihata akımı:

Un

Ih = (3)VlfRa+RJ

Simgeler:Ih: Hata akımıRa: Toprağa tesis edilmiş gövdelerin

eşdeğer toprak değeriRb: Toplam topraklama direnciIdn: Kaçak akım rölesinin nominal akımı

(RCD)Hata akımını otomat veya sigortanın 5saniyedeki açma akımı olarak alabiliriz.

c) İT- SistemiAkım kaynağı toprağa karşı tamamen

izole edilmiştir, teçhizat ise direkttopraklanmıştır, şekil 4. Bu sistem dahaziyade gemilerde, hastane ve madenocaklarınde kullanılır.

1W

Şekil 4: İT sistemi ve eşdeğer şemasıTopraklama şartı:

L

Ra<-(4)

Simgeler:Ra : Toprağa tesis edilmiş gövdelerin

eşdeğer toprak değeriUL : Dokunma gerilimi, 50 VoltId : Hata akımı

Akım ve gerilim değerlerini simetriksistem ile açıklarsak, bu durumdakieşdeğer şemasına göre hata akımı.

Vî. uni - = • (5)

3Z r jw.Ce.l


- 122 -

2.YG ŞEBEKELERİNDETOPRAKLAMA

AG'de, IEC 364 kısım 54 normu, zemintopraklaması DİN 18015 ve TN sistemiuygulandığı halde, YG topraklamatesisatlarında uluslararası bir standartyoktur, genellikle VDE 0141 ve IEEE 80kullanılmaktadır. Özellikle teçhizatlardeğilde, şebekelerin yıldız noktasının nasıltopraklandığı hata akımları ve fazlardakigerilimler YG topraklamasını önemlifaktörleridir. İnsan , mal ve eşyaların 50Hz kısa devre akımlarında ve geçicielektriksel durumlarda (yıldırım, fazlagerilim ve şalterlerin açma, kapamadurumunda) korunmaları gerekmektedir.Dokunma gerilimi zamana bağımlı olarakşekil 5'de gösterilmiştir 121.

Sekil 5: YG'de akım- zaman eğrisi

2.1 İzole edilmiş şebeke

Herhangi bir fazda toprak hatası olursa,kapazitif akım değeri:

c . U n

Ic = 3 . w. Ce (6)V5

Direkteki toprak empedansı ise:130 V

Z e = (7)r e . I h

Simgeler:Ic: Kapazitif akımZe: Eşdeğer toprak empedansıre: İndirim katsayısıIh: Hata akımıCe: Toprak kapazitesi

2.2 Kompanse edilmiş şebeke

Akım kaynağı endüktif bir bobinüzerinden toprağa tesis edilmiştir. Budurumda I L =I C olmalıdır.Bobin akımı:

c . U n

IL = , - (8)3.w.C

1Ic = (9)

vT.w.Ce.I1

w.L. = (10)V3.VV.C,

Demir ve çelikten yapılan direklerdetopraklama empedansı

130 V

Z e = (11)w.re.Ih

2.3 Düçük dirençli şebekeler

Akım kaynağı, omaj değeri düşük birdirenç üzerinden toprağa tesis edilmiştir.Asimetrik olan tek kutuplu kısa devreakımı:

Simgeler:I"kl:Tek kutuplu kısa devre akımı

z,Pozitif empedansNegatif empedansSıfır empedans

Gerilim faktörü

2.4 AG ve YG tesisatlarının birliktetopraklanmasıAG ve YG tesisatlarının her iki tarafıkesiciler tarafından korunmalıdır vedokunma gerilimi 65 voltu geçmemelidir.3. Topraklama dirençleria) Kompanse edilmiş şebekelerde:

Ue

I.

65 V

ıartık

(13)


- 123 -

1^=60 A

b) Kompanse edilmemiş şebekelerdeUe 65 V

R e < < (14)

I. IcSimgeler:Re: Topraklama direnciIe: Toprak akımıIc. Kapazitif akım

4. AG ve YG tesisatlarının ayrıtopraklanması

Bu durumda her iki tesisat arasındakimesafe 20 metreden fazla olmalıdır vetoprak gerilimleri aşağıdaki değerigeçmemelidir.

130 V <U 0 <250 V

2.5 Ek önlemler

a) Ek önlem gerekli değil

Ra <2 Ohm ve Ue < 125 Vb) Yedek önlem gerekli

Ra =2 ile 4 Ohm arasında veUe <250 V

c) Yedek önlem ve dokunma geriliminin65 V olduğunun isbatıRa >4 Ohm ve Ue >250 V

5. EEEE 80 ve DİN VDE 0141normlarının karşılaştırılması

a) Adım gerilimi sadece VDE normundakullanılıyor ve herhangi bir sınırdeğeri yok.

b) Dokunma gerilimi,VDE'ye göre 1kOhm vücut direncindeki gerilimdüşümü ve zamana bağımlı.

c) IEEE 80'ne göre dokunma gerilimi 1kOhm vücût direnci ve ayaklardakigenişleme direncinin gerilim düşümü,zamana ve özgül toprak direncinebağımlı

d) İzole ve kompanse edilmiş şebekelerdedokunma gerilimi 65 V dur.

6. Termik ıakımlar

yüklenmeler için gerekli olan

Çizelge 1: Akımların karşılaştırılması

Şebeke

DüşükomajlışebekeKompan.edilmişşebeke

Yalıtkanşebeke

Kesit hesabı

ç —

M f*İTİ ^ '

Toprakl. VDE0141

tüm I " u

kısımlar

toprakl. Iktt

anailetkenidiğer Iartıkiletkeni.toprakl. 1^iletkenidiğer Ic

iletkeni.

:

I th

/ Te+To/ ın \

Ta+To

IEEE 80

D . I-M

-

-

-

(15)

Çizelge 2: Materyal sabite ve ısıları

Bakır Alüm. Çelik

MTc

226 18> (C°) 235' 228

Simgeler:Ih :Ith:MTeTaTo

Hata akımıHata akımı süresi: Materyal sabitesi: Toprak ısısı: Başlangıç ısı: Materyal ısısı

78202


- 124 -

7. Topraklama ve dokunmagerilimleri için gerekli olanakımlar

Çizelge 3:gerilimi

ŞebekeDüşükomajlıKompanseedilmiş

Yalıtılmış

Standartlara göre dokunma

VDE 0141 IEEE 8w . Ie D . I"kI

Bobini i

r .v /4+I^ kBob insiz

t > 0,5 saniye için — > D = lSimgeler:Ie : Topraklama akımıIartık : Artık toprak teması akımıIc : Kapasitif toprak teması akımıItb : Paralel bağlanmış toprak teması

akımı bobinlerinin anmaakımlarının toplamı

Ikl : Bir kutuplu kısa devre akımır : Azalma katsayısıw : Olasalık katsayısı

8. IEEE 80'ne göre dokunma gerilimisınırı 131

50 kilo ağırlığındaki bir insan için:

( 1000+1,5. C s . s s ) .0,116UL = (16)

70 kilo ağırlığındaki bir insan için:

( 1000+1,5. C s . s s ) 0,157UL = (17)

Simgeler:

Cs : Azalma katsayısıss : Özgül toprak direnciI,!, : Termik akım

9. Genel uluslararası dirençdeğerleri ve kesitler

a) Toplam topraklama direnciRa <2 Ohm (18)

b) Gezici transformatörlerRa <4 Ohm (19)

c) Direklerdeki parafudr direnciRa <10 Ohm (20)

d) Koruma iletkenlerinin kesitiS >16 mm2

10. SONUÇ

AG elektrik tesisatlarında , TN sistemi,zemin topraklaması ve potansiyeldengelemesi, gelişmiş ülkelerde normlarageçmiş, uygulanan bir metod. YG'de iseözellikle VDE 0141 kullanılıyor ve IECnormu olarak yayınlanacak.Türkiye'de uygulanan " Elektriktesislerinde topraklamalar yönetmeliği"gözden geçirilmeli, özellikle levhatopraklamasına son verilmeli, TT (korumatopraklaması) sistemi, RCD ile tümtesisatda tesis edilmelidir.

Kaynakça:/ I / : DİN VDE 0100 Kısım 410

AG şebekelerinde tehlikeli gövdeakımlarına karşı korunma, 1983

DİN VDE 0141, YG şebekelerindetopraklama, 1989

IEEE Std. 80, IEEE guide tor safetyin ac substation grounding, 1986

İsmail Kaşıkçı,Denizli lisesinibitirdikten sonra,

Almanya'da ElektrikElektronik dalındaiki Lisans,

İngiltere'de Y. Lisansyaptı. Şu anda

ITT'de kısım şefi

121

Sil

olarak çalışmakta, VDE , akademi veüniversitelerde ders vermektedir.


- 125 -

IEC, CENELEC, DİN VDE NORMLARI, TÜRKİYE'YEYANSIMASI VE UYGULAMALRI

İsmail KaşıkçıITT Frankfurt, VDE Berlin

1. GİRİŞ

Kuvvetli akım ve ışıklandırma tesisleriningelişmesi, çeşitli kazaların oluşması, daha188O'li yıllarda Londra'da "electriclighting" standartlarının yayınlanması,diğer avrupa ülkelerindede tehlikeliakımlara karşı, teknik ve ekonomiksorunların yanısıra bazı güvenlikyönetmelikleride beraberinde getirdi.Dünyadaki 1980 sonrası politik, ekonomikve teknik gelişmeler norm veyönetmeliklerin yeniden gözdengeçirilmesini, avrupa ülkeleri arasındauyumunu zorunlu kıldı.

2. ULUSLARARASI KURULUŞLAR2.1 IEC (Uluslararası ElektroteknikKomisyonu)

1906 da kuruldu. 44 ülke üye. Standart,elektrik araç ve gereçlerinin güvenliği veuygunluğundan sorumlu. Merkezi Cenevre.200 den fazla komiteye ve 700 çalışmagrubuna sahip. İlk IEC güvenlik el kitabı1985'de yayınlandı. IEC'nin 364 numaralıen önemli satandartı 7 kısımdan oluşuyor.

2.1.1 IEC 364

1. Kısım : Standartın kullanıldığı tesisatlar2. Kısım : Tarifler3. Kısım : Plan ve proje için veriler4. Kısım : Güvenlik koruma önlemleri5. Kısım : Malzeme seçimi ve tesisi6. Kısım : Ölçümler7. Kısım : Özel bina ve işyerlerinin

tesisatı2.1.2 IEC 364'e göre standartlarınnumara sistemiÖrnek:IEC 364 - 4 -413 - 5Açıklaması: 4. Kışımın 41. Bölümü

paragraf 3, ara paragraf 5.Alman normuna göre açıklaması:DİN VDE 0100 Kısım 400, bölüm 410

2.2 CENELEC

(Elektroteknik Standartları AvrupaKomitesi)1973 de kuruldu. Merkezi Brüksel. 18ülke üye. En önemli görevi ortak pazarülkeleri arasındaki ticaret sorunlarınıortadan kaldırmak, ulusal norm veyönetmelikleri birleştirmek.CENELEC HD 384 en önemli standartınıoluşturuyor.

2.3 EFTA ( Avrupa Serbest EkonomiBirliği)CENELEC dışındaki avrupa ülkelerinikapsıyor.3. ALMAN ULUSAL KURULUŞU3.1 VDE ( Alman Elektrikçiler Birliği)

1893 yılında Berlin'de kuruldu. 34 il ve55 kuruluşu ile 36000 üyesi var. 1896'dailk defa "kuvvetli akım tesisleri güvenliği"için standartları yayınladı.

3.2 DKE ( Alman ElektroteknikKomisyonu)

1970'de VDE ve DIN'nin ortak girişimiile kuruldu. Norm ve standartlarıhazırlamakla görevli. Almanya'yıuluslararası alanda temsil ediyor. Uzmanve teknik elemanlardan oluşuyor.

3.3 DİN ( Alman StandartlarEnstitüsü)

1917'de kuruldu. Genel olarak tekniğinve fen bilimlerinin her alanını temsilediyor.


- 126 -

3.4 DİN VDE Normları Grup 1 : DİN VDE 0100(IEC 364)

Bölüm 100 : Kullanım yerleri, genel1292 . ." talepler-— Bölüm 200 : Genel tarifler~ Bölüm 300 : Elektrik tesislerinin plan ve;" projesi için genel veriler

Güç ihtiyacı143 ^ Hemzamanlama faktörü

Enerji üretimi, Sistemler1 - ;»r ,.„ ,w m î̂ TTL""'- Tesisatın devrelere ayrılması

Yan etkilerŞekil 1: DİN VDE normlarının sayısı ve Tesisatın dayanıklığı ve

taslakları /I/ uygunluğu, Tesisatın bakımıNorm sayısı 1308 ve taslak 1292 Bölüm 400 : Güvenlik ve koruma

tedbirleriKısım 410 : Tehlikeli akımlara karşı

— -.. - korunmaKısım 420 : Termik etkilere karşı

21099 ,

korunmaKısım 430 : Kablo ve iletkenlerin aşırı

akımlara karşı korunmasıKısım 440 : Yüksek gerilimlere karşı

3000 ' korunmaKısım 450 : En az gerilimlere karşı

* . w ~"'"™'•'_' ~'~"'' ""••— — — ~ korunma

Kısım 460 : Açma ve ayırma vasıtasiyleŞekil 2: DİN VDE normlarının sayfa korunma

sayısı ve taslakları /I/ Kısım 470 : Güvenlik ve korumaNormların sayfa sayısı 22364 tedbirlerinin kullanımıve taslaklar 21099 Kısım 480 : Güvenlik ve koruma

tedbirlerinin seçimiElektroteknikde kullanılan normlar dokuz Bölüm 500 : Elektrik malzemeleriningrubdan oluşuyor 121. seçimi ve tesisatıGrup 0: Genel prensipler Kısım 510 : Genel bilgilerGrup 1: Kuvvetli akım tesisleri Kısım 520 : Kablo, iletkenler ve tevziGrup 2: Enerji kablo ve iletkenleri çubuğuGrup 3: İzole edilmiş elektrik malzemeleri Kısım 530 : Açma ve kontrol cihazlarıGrup 4: Ölçme kontrol ve deney Kısım 540 : Topraklama, koruma iletkeniGrup 5: Makina ve transformatörler ve potansiyel dengeleme hattıGrup 6: Tesisat malzemesi, şalterler Kısım 550 : Diğer elektrik cihazlarıGrup 7: Kullanma ve iş cihazları Kısım 560 : Güvenlik gayesi için elektrikGrup 8: Enformasyon tekniği tesisatı

1000 Volta kadar olan kuvvetli akımtesisleri normları (grub 2) aşağıdaki bölümve kısımlara ayrılmaktadır 121.

Bölüm 600 : Ölçümler

Kısım 610 : İlk ölçümlerGözden geçirmek. Denemek,


- 127 -

Ölçmek, Güvenlik ve korumatedbirleri,Potansiyel dengelemesi,Yalıtkanlık,Toprak direnci,Empedans, Döner alan

Bölüm 700 : Özel oda ve yerlerin elektriktesisatları

Kısım 701 : Duş ve küvet odalarıKısım 702 : Açık ve kapalı yüzme yerleriKısım 703 : HamamlarKısım 704 : İnşaat sahalarıKısım 705 : Ziraat ve bahçıvan

mülkleriKısım 706 : Geçirgen yerlerKısım 720 : Yangın tehlikesi olan işletme

tesisleriKısım 721 : Karavan, sandal ve yatlarKısım 722 : Yataklı arabalarKısım 723 : LaboratuvarlarKısım 724 : Mobilya ve dekoratif

eşyaların elektrik tesisatlarıKısım 737 : Islak ve kuru yerlerin tesisatıKısım 738 : Fıskiye kaynaklarıKısım 739 : TN ve TT sistemlerinde

kaçak akım rölesinin tesisatı -RCD (residual current device)

4. İNGİLİZ STANDART KURULUŞU4.1 IEE British Standart

1882'de Londra'da çıkan yangından sonrailk standartları yayınladı. IEC 364tamamen alınmış olup, koruma iletkeninrengi siyah olarak kabul edilmiştir.

5. FRANSIZ STANDART KURULUŞU5.1 NF C 15- 100

Fransız standartları ilk defa 1911'de AGelektrik tesisleri için yaynlandı.Simgeler:C : Elektrik ve Elektronik grubunu

temsil ediyor.15 : AG tesisatlarını içeriyor.100 : Temel standartın başlangıcı.

6. ABD STANDART KURULUŞU6.1 NEC ( Ulusal ElektroteknikKomisyonu)

NEC, 9 bölümden ve 120 makaledenoluşuyor. ABD standartları genel olaraköneri niteliğini taşıyor. Ancak bir yangınveya can güvenliği söz konusu olursakanun yerine geçiyor. 1897'de ilkstandartları yayınladı.

7. NORMLARDA YAPILANYENİLİKLER7.1 Şebekeler

Gerilimler : Un, fn

Cihazlar : SrT, SrM, L, Im

7.2 Sistemler, sigorta ve otomatlar

a) Açma akımı için kullanılan k faktörükalktı.

b) Açma akımı için 0,2 ve 5 saniyelergetirildi.

e) B ve C otomatları normlaştı.d) Dokunma gerilimi UL =50 V ac, 120

V de, inşaat ve zirai elektriktesislerinde 25 volta indirildi.

e) Toplam topraklama direnci RJE 2 Wkalktı.

f) TN, TT ve İT sistemleri kabul edildi.g) TT sistemi tamamen terk edilmekte,h) Kaçak akım rölesinin (RCD) özel yer

ve binalar için kullanımı zorunlu halegetirildi,

ı) 'R,S,T,Mpyerine L1,L2,L3,PENterimleri kabul edildi.

i) Küçük voltaj ve koruma ayrılmasıyerine SELV ve PELV getirildi,

k) Otomat, kablo ve iletkenlerinboyutlandılmasında 30 derecelik ısıkabul edildi.


- 128 -

8. SİSTEMLERİN KOMBİNASYONU 9. DENEY VE ÖLÇME SİMBOLLERİ

U. - 23OV

Şekil: 3 TN- tesisat şekilleri

i _._.

t F — l-S i -~ı -*J I

Ren ITTl

. » . i . ı __

P i'1";

Rb J_ Ra

Şekil: 4 TT- tesisat şekilleri

Şekillerdeki simgeler:S : SayaçRCD : Kaçak akım rölesiRh : Toplam topraklama direnciR., : TT sisteminde topraklama

direnciP : Potansiyel dengeleme rayı

a) Cihaz güvenlik kanunlarına göre imâledilmiş ve normlara uygunluğu içinverilen simboller.

b) CENELEC normlarına uygun olarakimâl edilmiş kablo ve iletkenler.

<VDE>

c) Elektronik cihazlara verilen simbol

10. SONUÇ

Türkiye IEC'nin üyesi olduğuna göre. IEC364 tercüme edilmeli, ülke çapındaaralıksız seminerler düzenlenmelidir.EMO'ya düşen görevde zaten budur.

Kaynakça:/!/": DKE1 nin 1995 yıllık raporu121: DİN VDE 0100, Elektrik tesisatları

için klasörler ve normları. 1995

İsmail Kaşıkçı,Denizli lisesini

bitirdikten sonra,Almanya'da Elektrik

ve Elektronik dalındaiki Lisans,İngiltere'de Y.Lisansyaptı. Şu andaITT'de kısım şefi

olarak çalışmakta, VDE. akademi veüniversitede ders vermektedir.


- 129 -

kullanımında iletkenlerin sonlu çizgisel akımkaynağı gibi alınabileceği göz önünde tutul-muştur. Bir sonlu çizgisel akım kaynağınınherhangi bir A noktasında oluşturduğu potan-siyel,

-inr, + r2 + d ı 2

r,+r 2 -d ı 2

(1)

V _r_

12

A(x•

(x2,y2,z2)

Şekil 1. Sonlu çizgisel akım kaynağının bir noktadaoluşturduğu potansiyelin hesabı

bağıntısı ile hesaplanır (Şekil 1). Bu bağıntı,elektrostatikten bilinen sonlu çizgisel yükünpotansiyel bağıntısında q yükü yerine I akımıve s dielektrik katsayısı yerine toprağın % öz-gül iletkenliği yazılarak elde edilmiştir. Budenklemde ^ ve r2, A noktasının, uzunluğud1 2 olan sonlu çizgisel yükün uçlarına olanuzaklıklarıdır. Bu uzunluklar

ıIJ = V( xi- x j) 2 +(yi-yj) 2 +( zi- z j) 2 (2)

bağıntısı ile hesaplanır.

3. TOPRAKLAMA AĞLARININ YÜKBENZETİM YÖNTEMİ İLE ANALİZİ

Topraklama ağının kollarındaki akımlarınbulunmasında ağdaki iletkenler sonlu uzun-lukta parçalar olarak göz önüne alınmış veher bir koldaki akım yoğunluğunun sabitolduğu fakat koldan kola farklı olabileceğikabul edilmiştir. Eğer ağ, dikdörtgen veyakare şeklinde ise her bir kol, iletkenlerinkesiştiği noktalar arasındaki parça olarakalınır. Daha yüksek doğruluk için bu kollardaha küçük parçalara da bölünebilir.

Topraklama ağlarının yük benzetim yöntemiile analizinde ağın her bir kolunun içinde

sonlu çizgisel bir akım kaynağının bulunduğudüşünülür. Ağdaki kollardan akan bilinmeyenil, I?,..., In akımlarını hesaplamak için ağ ilet-kenlerinin yüzeyinde her bir kolun orta nokta-sında potansiyeli bilinen bir nokta seçilir.Ağdaki bütün kolların potansiyellerinin aynıolduğu kabul edilmiştir. Buna göre, ağdakitüm çizgisel akım kaynaklarının bu noktalar-da oluşturdukları potansiyellerin o noktalarınpotansiyeline eşit olması gerektiği ilkesindenyararlanılarak yazılan denklemlerden

(3)

şeklinde bir lineer denklem sistemi elde edilir.Bu denklemde [ R ] ^ (l)'de I'ye çarpan olarakgelen terimlerinden oluşan direnç katsayılarımatrisi, [l]mı bilinmeyen kol akımları ve[Vjnjjj bilenen iletken potansiyelleridir, n isebilinmeyen akım sayısıdır. Bu denklem siste-mi çözülerek herbir koldan toprağa akan akımve toplam akım hesaplanır. Topraklama ağla-rının analizinde ağın potansiyeli genelde bilin-mez. Bilinen büyüklük ise ağdan geçecek top-lam akım (kısadevre akımı )'dır. Eğer hesap-lanan toplam akım beklenen kısadevre akı-mından küçükse sınır noktalarının potansiyeliarttırılarak lineer denklem sistemi yenidençözülür ve bilinmeyen akım değerleri eldeedilerek benzetim tamamlanmış olur 151,161.

Topraklama ağının kol akımları hesaplandık-tan sonra ağın dışındaki herhangi bir P nokta-sındaki potansiyel

p]-[l] (4)

bağıntısı ile hesaplanır. Burada [RP] matrisi,ağ ile potansiyeli hesaplanacak nokta arasın-daki geometrik uzaklıkları da içeren dirençkatsayıları matrisidir. Bu şekilde ağın yeryü-zeyinde yarattığı potansiyel dağılımı buluna-bilir. Göz potansiyeli ve adım gerilimi hesap-lanırken sonlu çizgisel akım kaynaklarınınyeryüzeyine göre görüntüleri de hesaba katılır.

Ağın topraklama direnci, lineer denklem sis-temi akımlar için çözüldükten sonra

R =U

(5)


- 130 -

TOPRAKLAMA AĞLARININ BİLGİSAYAR DESTEKLİ ANALİZİ

Hayrı YILDIRIM, Özcan KALENDERLE Belgin TÜRKAY Mehmet ÇELİKYAY

İ.T.Ü. Elektrik-Elektronik FakültesiElektrik Mühendisliği Bölümü

80191 Gümüşsüyü / İSTANBUL

P.T.T. İst. Yakası Telefon Baş Müd.Yapı İşleri Müdürlüğü

Gayrettepe / İSTANBUL

ÖZET

Bu çalışmada, sayısal elektrostatik alan hesa-bından bilinen yük benzetim yönteminin top-raklama ağlarının bilgisayar destekli analizin-de kullanımı önerilmekte ve açıklanmaktadır.Yöntemin üstünlüğü ve uygulama kolaylıkları,boyutları sabit tutulan bir topraklama ağındagöz sayısı değişimi ile topraklama direncininve potansiyel dağılımının değişiminin incelen-diği bir uygulama ile gösterilmiştir.

1. GİRİŞ

Topraklama ağlan, toprağa gömülü birbirinebağlanmış çok sayıda paralel ve dik iletkenler-den oluşan ve enerji sistemlerinde, transfor-matör merkezlerinde topraklama direnci ileadım ve temas gerilimini küçük tutmak amacıile kullanılan topraklama düzenleridir. Biranza sırasında akan anza akımları nedeniylebir topraklama ağının potansiyeli yükselir. Budurumda, topraklama direncinin ve potansiyeldağılımının güvenlik bakımından uygun olma-sı önemlidir İM.

Topraklama ağlarının analizinde iki tür prob-lemle karşılaşılır. Bunlardan biri topraklamaağının herbir kolundan toprağa akan akım de-ğerinin bulunmasıdır. Diğeri ise kol akımlarınıkullanarak yeryüzeyindeki potansiyel dağılı-mının veya herhangi bir noktadaki potansi-yeli ı ıiısaplanmasıdır. Bu problemlerin anali-tik ve yaklaşık olarak hesabına ilişkin litera-türde pekçok karmaşık denklem ve yöntembulunmaktadır 121,131.

Bir topraklama ağının tasarımında ağ boyut-ları ve biçimi, göz sayısı, gömülme derinliği,toprağın özellikleri gibi birçok parametrenindeğerlendirilmesi gerekmektedir. Bu değerlen-

dirmeyi gerçek boyutlardaki ağ üzerinde deneyyaparak gerçekleştirmek hem zor hem de za-man alıcı ve pahalı bir yoldur. Bunun kolay,kısa ve ekonomik yolu, örneğin, ölçekli kü-çük modeller üzerinde deney yapmak veyasayısal yöntemlerle bilgisayarda hesap yap-maktır. Son yıllarda topraklama ağlarının ana-lizinin ve tasarımının bilgisayarla yapılmasınısağlayan sayısal yöntemler gözdedir.

Bu çalışmada da topraklama ağlarının anali-zinde sayısal elektrostatik alan hesabındanbilinen yük benzetim yönteminin kolaylıklakullanılabileceği gösterilmiştir.

2. YÜK BENZETİM YÖNTEMİ (YBY)

Yük benzetim yöntemi, ilkesi, bir elektrot sis-teminde gerçek elektriksel yüklerin yarattığıelektrostatik alanın, elektrotların içerisine yer-leştirilen belirli sayıda ayrık benzetim yüküile elde edilmesine dayanan bir sayısal yön-temdir. Benzetim yüklerinin tipi elektrotlarınve alanın yapısına uygun olarak seçilir. Elek-trot yüzeyi üzerinde yük sayısına eşit sayıdaalınan noktada elektrot potansiyeli bilinenolarak alınır ve bilinmeyen yük değerleriortaya çıkan lineer denklem sistemi çözülerekhesaplanır. Bu yük değerleri kullanılarakherhangi bir noktadaki potansiyel, yüklerinbu noktada yarattıkları potansiyellerin toplan-ması ile bulunur /4/.

Yalıtkan bir ortamdaki elektrostatik alan ileiletken bir ortamdaki akım alanı arasındabenzerlik vardır. YBYnin topraklama ağları-nın analizinde kullanılmasında bu benzerlik-ten yararlanılmıştır.

YBYnin dairesel silindirsel iletkenlerdenoluşmuş topraklama ağlarının analizinde


- 131 -

denkleminden kolayca hesaplanır. Burada Uağın potansiyeli, Zlj de ağdan toprağa akantoplam akımdır.

4. UYGULAMA

Yöntemin doğruluğunu ve kolaylığını göster-mek için yapılan uygulamada 24 m x 24 mboyutunda bir topraklama ağının bir, dört(Şekil 2) ve dokuz gözlü olması durumda top-raklama direnci, göz (temas) potansiyeli veadım gerilimi hesaplanmıştır.

y(m)24

12

10

7

5

3

1

11

8

6

4

2

12

9

12 24 x (m)

Şekil 2. Dört gözlü topraklama ağı

Hesaplarda toprağın özgül direnci 100 ohm.m,ağın yerleştirilme derinliği 0,5 m, ağın iletkenyarıçapı 0,7 cm ve ağın potansiyeli 15000 Volarak alınmıştır. Sonuçlar Çizelge l'de veril-miştir.

Çizelge I. Hesap sonuçları.

Topraklama AğıToprağa akan akım (A)

Topraklama direnci (ohm)Gözpotanstveü(V)Göz potansıvcli (%)

Göz serilimi (V)Göz gerilimi (%)

1x1Kare Ağ6019.52

2.4927031.6646.87

7968.3353.12

2x2Kare Ağ6932.31

2.1649906.56

66.045093.43

33.95

3x3Kare Ağ7410,08

2.02412124.980.83

2875.0619,17

Şekil 3. Dört gözlü ağın yeryüzeyinde oluşturduğupotansiyelin üç farklı (1, 2, 3) kesittex-ekseni doğrultusundaki değişimi.

Şekil 3'te, örnek olarak dört gözlü ağ için eldeedilen, yeryüzeyinde birkaç kesitte potansi-yelin x-ekseni doğrultusundaki değişimlerigösterilmiştir. Aynı ağda farklı göz sayılaniçin yeryüzeyindeki potansiyel dağılımlarıelde edilmiş ve üç boyutlu olarak bilgisayardaçizdirilmiştir (Şekil 4).

(b)

(C)Şekil 4. Bir (a), dört (b) ve dokuz (c) gözlü

topraklama ağlarının yeryüzeyindeoluşturduğu potansiyel değişimi..

Hesaplar geliştirilen ve yük benzetim yönte-mine dayanan bilgisayar programı ile yapıl-mıştır. Çözümde toprağın tek tabakalı vehomojen bir yapıda olduğu kabul edilmiştir.


- 132 -

5. SONUÇLAR

Bu çalışmadan görüldüğü gibi, toprak içineyatay olarak yerleştirilmiş ve silindirseliletkenlerden oluşan herhangi bir geometrikyapıdaki topraklama ağlarında topraklamadirenci, temas ve adım gerilimi analizi yükbenzetim yöntemi ile kolaylıkla ve yüksekdoğrulukla yapılabilmektedir.

Yapılan uygulamada aynı boyuttaki bir ağdagöz sayısı arttıkça temas ve adım gerilimidüşmekte, topraklama direnci azalmaktadır.Ayrıca gömülme derinliği arttıkça direncin vegöz potansiyelinin düştüğü görülmüştür. Öne-rilen yöntemin topraklama ağlannın analizindeve tasarımında kolayca uygulanabilir olduğuaçıktır.

6. KAYNAKÇA

İM KHAL1FA, M., High-Voltage Engineer-ing, Chapter 13: Grounding Systems,Marcel Dekker Inc., New York, 1990.

121 HEPPE, R.J., Computation of Potential atSurface Above an Energized Grid orOther Electrode Allovving for Non-uniform Current Distribution, IEEETrans. on Povver Apparatus and Systems,Vol. PAS-98, No.6, pp. 1978-1987,Nov./Dec. 1989.

131 MELIOPOULOS, A.P., COKKINIDES,G.J., An Advanced Computer Model ForGrounding System Analysis, IEEE Trans.on Povver Delivery, Vol.8, No. 1. pp. 13-20,January 1993.

/4/ MALİK, N.H., A Reviev of the ChargeSimulation Method and its Applications,IEEE Trans. on El. Ins.,Vol.24, No. 1, pp.3-20, Febnıary 1989.

151 ŞATO, S., ZAENGL, W.S., EffectiveGrounding Mesh Calculation Technique,IEEE Trans. on Power Delivery, Vol.3,No. 1, pp. 173-182, January 1988.

161 ÇELİKYAY, M., Enerji SistemlerindeTopraklama Ağlannın Bilgisayar Destekli

Analizi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü,Yüksek Lisans Tezi, Ocak 1995.

Hayri YILDIRIM, 1965yılında İskenderun'da doğ-du. 1988rde İTÜ ElektrikElektronik Fakültesi (EEF)Elektrik Mühendisliği Bö-lümü (EMB)'den mühendis,1992'de İTÜ Fen BilimlenEnstitüsü (FBE)'den Yük.

Müh. olarak mezun oldu. YILDIRIM, 1992den ben İTÜ FBE Elektrik Mühendisliğiprogramında doktora çalışmalannı sürdürmek-te ve 1989'dan ben İTÜ EEF EMB ElektnkTesisleri Anabilim Dalı'nda araştırma görev-lisi olarak çalışmaktadır.

Özcan KALENDERLİ,1956 yılında İstanbul'dadoğdu.'İTÜ EEF'den 1978de Müh., 1980'deYük.Müh.olarak mezun oldu. 1990da İTÜ FBE'de doktoraçalışmalannı tamamladı.

" İTÜ EEF EMB'de 1979-1991 yıllan arasında mühendis olarak çalışanKALENDERLİ, 1991'den beri de yardımcıdoçent olarak görev yapmaktadır.

Belgin TÜRKAY, 1960yılında İstanbul'da doğdu.1982'de İTÜ EEF EMBden mühendis, 1984'teİTÜFBE'den Yük. Müh. olarakmezun oldu. 1993'te İTÜFBE'de doktora çalışmala-nnı tamamladı. İTÜ EEF

EMB'de 1982-1994 yıllan arasında Araş.Gör. olarak çalışan TÜRKAY, 1994'ten beride yardımcı doçent olarak görev yapmaktadır.

Mehmet ÇELİKYAY, 1969 yılında İskende-run'da doğdu. 1991'de YTÜ Mühendislik Fa-kültesi Elektrik Mühendisliği Bölümü'ndenmühendis, 1995'de İTÜ FBE'den yüksekmühendis olarak mezun oldu. Halen PTTdekontrol mühendisi olarak çalışmaktadır.


- 133 -

STATİK VAR KOMPANSATÖRLERIN MODELLENMESİ VEENERJİ SİSTEM KARARLILIĞINA ETKİSİNİN ANALİZİ

Ertan YANIKOĞLU M.AH YALÇIN Ayhan ÖZDEMİRSakarya Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

Esentepe Kampusu SAKARYA

ÖZET: Enerji sistemlerinin en ekonomikve güvenilir biçimde ve tüm olası değişikçalışma koşullarında sistemin kararlılığı içinyeni kontrol tekniklerine ihtiyaç duyulur.Bu konuda önemli uygulamalardan biriTristör Kontrollü Reaktıf Güç kompanzas-yonu veya Statik Var Kompansatörlerdir(SVK). Bu çalışmada güç iletim sistemle-rinin kararlılığının geliştirilmesi için StatikVar Kompansatörlerin uygulanması ve SVKnın dinamik simülasyonu sunulmuştur. Sis-tem kararlılığının SVK nın kapasitif süsep-tansı için arttığı gösterilmiştir. Bu basitkontrol devresi seri bağlı kontrol sistemi vesüseptans kontrol devresinden oluşmaktadır.

1-GİRİŞ:

Genellikle reaktif güç kompanzasyonu,reaktif güç akışı kontrolü, gerilim kontrolüve sistem kararlılığım korumada gereklidir.Statik Var sistemi, bir dinamik reaktif güçkompanzasyon cihazıdır. Şönt kapasitörler,şönt reaktörler, seri kapasitörler, senkronkompansatörler ve statik var kompansatörleraynı sınıf kompanzasyon cihazlarıdır. Şönt,seri kapasitörler ve şönt reaktörler sabitveya anahtarlanabilir süseptanslardan oluşanpasif kompansatörlerdir. Fakat senkronkompansatörler ve statik var sistemlerdinamik veya sürekli olarak ayarlanabilirkompansatörlerdir. Statik var sistem ele-manları şunlardır, yüksek gerilim barası veorta gerilim barasında bir transformatör,tristör kontrollü reaktörler (TKR), tristöranahtarlamalı reaktörler (TAR), tristöranahtarlamalı kapasite ler (TAK), doyumlureaktörler, sabit kapasiteler, harmonik

filtreleri, mekanik anahtarlamalı kapasitelerveya reaktörler, kontrol bölümü İM. Güçsistemlerinde, şebeke boyunca gerilimin,güç ve frekans osilasyonlannın sönümlen-mesi ile kontrolü güç sistemi planlayıcılannave işletmecilerine sürekli bir gelişim sunar.Üretim, iletim ve dağıtım sistemi tümkoşullar altında en ekonomik, güvenilir vegerilim dalgalanmalarından korunarakçalıştırılmak istenmektedir. Bunun için yeniteknikler geliştirmek sürekli olarak caziptir.Bu tekniklerden en önemlisi tristör kontrollüreaktif güç kompansatörleri ve statik varkompansatörlerdir. Bu cihazlar güç faktörüdüzeltmede, güç dengelenmesinde,statik vedinamik gerilim kontrolunda kullanılırlar.Statik var kompansatörlerle güç sistemikararlılığını direk olarak düzeltmek için yenikontrol algoritmaları geliştirmek mümkün-dür 121. Bu çalışmada bu amaç için statikvar kompansatörlerin modellemesi yapılmış-tır. Güç sistemlerinin kararlılığında statik varkompansatörlerin etkisini göstermek üzerebir basit uygulama yapılmıştır.

2- STATİK VAR KOMPANSATÖRÜNMODELLENMESİ:

İletim sistemi uygulaması için tipik birstatik var sistemin tek hat diyagramı Şekil-1deki gibidir 131. Bir mekanik anahtarlamalıkapasite ile bir tristör kontrollü reaktörvarsayalım. Şekü-2'de statik var kompansa-törün sürekli hal ve dinamik gerilim-akımkarakteristikleri görülmektedir. Eğim tipikolarak %l-5 dir. Kapasitif limitte, SVK birşönt kapasite gibi davranır I Al.


- 134 -

YüksekGer.Sarası

Şekil-1. Tipik Statik Var Sistem

Endüktif limitte, SVK bir şönt reaktörgibi davranır. Dinamik karakteristiklegörülen cevap çok hızlıdır. Bu geçicikararlılık simulasyonunda gözlenen cevaptır.Bazı SVK'ler arzu edilen sürekli hal çalışmanoktasına yavaş olarak dönmek için birsüseptans, akım veya reaktif güçregülatörüne sahiptirler.

Ge irilimSürekli

Hal Kark.

Dinamik

Kark.B

m ı n

' * •'•min ayar max

Şekil-2. SVK'nın Yüksek Gerilim Barasın-daki Akım-Gerilim Karakteristiği

Şekil-3 de SVK'nın bir dinamik kontrolmodeli görülmektedir. Bu kontrol modeli;kontrol modülü, tristör kontrollü reaktör modülü (TKR) ve ölçme modülünden oluşmak-tadır. Kontrol modülü olarak PI(oransal+integral) kontrolörü kullanılmıştır.

K« ve KT değerlerinin uygun olarakseçilmesiyle sistemin geçici hal ve süreklihal çalışması istenilen şekilde kontrol edil-mektedir. Bu çalışma kontrolör tasarımınagirilmeden öngörülen Kp ve Kj değerleriiçin sistem davranışı incelenmiştir. Kont-rolör modülü blok şema olarak şekil-4a'daverilmiştir. Ölçülen reaktif büyüklük,referans değerle karşılaştırıldıktan sonrakontrolörden üretilen kontrol işareti tristörkontrollü reaktör modülüne uygulanır.TKR modülünde T<j tristöre gelen tetiklemeişaretiyle çıkışın değişimi arasında geçensüredir ve yaklaşık olarak lms dir. T^ iseüretilen kontrol darbeleri arasındaki süredir(tristörü iletime geçirmek için) 3 ve 6 msdir. TKR modülü şekil-4b de verilmiştir.Burada B r ef ile TKR tetikleme açılanarasındaki nolineerlık tristör süseptanskontrolünde lineerleştirme fonk-siyonuylakompanze edilir. ölçme modülü yüktarafındaki reaktif bileşeninin temel frekans-taki genliğiyle orantılı d.c. bileşen eldeetmektedir. Bu işlem ölçü transformatörü ,filtre ve şebeke geriliminin sıfir geçiş

SVK

\ V\3

H

1

! • *

1

W1 "A)

i*

Şekil-3. Statik Var Sistemin DinamikKontrol Modeli

anlanndaki akımın tutulmasıyla elde edil-mektedir. Temel frekans simulasyonundabu model 1-6 ms zaman sabitli bir alçakgeçiren filtre olarak gözönüne alınabilir,ölçü düzenleyicisi şekil-4c'de görüldüğügibidir.


- 135 -

haca3ref

(a)

"rsf 1 + sTv

(b)

• ve

( C )

Şekil-4. SVS kontrol Modeli Elemanları

3. SİSTEM KARARLILIĞINA ETKİSİ

Dinamik olarak, sürekli hal kararlılıklimiti yakınında çalışan bir sistem bukararlılık limiti ötesinde bir değerde fazaçılan üreten bir kısa devre etkisi altındakararsız olamayacaktır. Hattın herikiucundaki mevcut ataletler sebebiyle hattınaçısal salınınım maksimum noktasına kadararıza öncesine göre daha çok iletimkapasitesine sahip olmasının zorunluluğunuvurgulamaktadır. Bu hattın dalga empedansı(karakteristik empedans) gücünün altındaçalıştırılması ile sağlanır fakat bu ekonomikdeğildir veya geçici olarak kapasitif güçilavesiyle sağlanır. Bununla beraber, hızlıVar kontrolü sağlanamazsa aşın gerilimtehlikesi oluşur.

Şekil-5. Basit İletim Sistemi

Bundan dolayı bu durumda tristör kontrollüVar kompansatörler yerleştirilir.

4- UYGULUMA:

Şekil-5 deki iletim sistemi X]= 6 p.u.,XT = 0.9 p.u. ve eşdeğer atalet sabiti H=2sdir. İletim hattının başlangıcındaki bir üçfaz hatasının 10 ms de temizlenmiş olduğuvarsayılıyor. Anza öncesi ve sonrasıyüklenme 0.9 p.u. dir. Şekil-6 ve şekil-7 daşiddetli anza koşullarından sonra yüksekseviyeli bir güç iletimini sağlamak için SVKnın faydalı çalışması görülmektedir.Şekil-6'da gösterilen sayısal zaman simulas-yonu SVK'sız durum için 5 açısı ve P gücüdeğişimini vermektedir. Şekil-7 ise 0.4 p.u.kapasitif/ 0.1 p.u. endüktif değerli bir statikvar kompansatörün var olması durumu içinaynı büyüklüklerin değişimini göstermekte-dir.

0 0.02 0.04 0.G6 0.C* 0.1 0.12 0.14 0.18 0.19 0.2

0 0.02 0.0* 0.0S 0.O8 0.1 C.12 C.-.4 0.18 0.11 0.2

Şekil-6. SVK'sız Sistem Davranışı


- 136 -

O U l OM 0.0» OM 01 0.12 0.14 0.1» 0.11 0.2

Şekil-7. SVK'h Sistem Davranışı

5- SONUÇLAR

Bu çalışmada Statik Var Kompansatör-lerin tristör kontrollü reaktör tipinin model-lemesi yapılmıştır. Aynca güç sistemininkararlılığma olumlu katkısı için statik Varkompansatörü içeren bir simulasyon yapıl-mıştır. Şekil-7den Statik Var Kompansatörolmadığı durumda sistemin kararsız olduğuaçıkça görülmektedir.

KAYNAKÇA

l\l E. VVirth, B. Roesle, K. Sadek," Use ofStatic Reactive Power Compansators inPower Systems", Brown BoveriReview, Vol. 69, March 1982.

III P. Kundur" Power System Stabilityand Control" McGraw-Hill, 1994.

/3/ Ç.W. Taylor, G. Scott, A. Hammad,W. Wong, D. Osborn, A.J.P. Ramos," Static Var Compensator Models for

Power Flow and Dynamic PerformanceSimulation" IEEE Transactions onPower Systems, Vol. 9. No. 1,February 1994.

/4/ R. L. Hauth, T. Humann, R. J. Newell" Application of a Static Var System toRegulate System Voltage in WesternNebraska", IEEE Trans, Vol. PAS-97,No. 5, Sept/Oct 1978.

ÖZGEÇMİŞ

Ertan YANIKOĞLU 1956 yılındaSamsun'da doğdu. 1979 yılındaİ.D.M.M.A. Elektrik Fakültesin-den mezun oldu. 1981 yılındaYıldız Üniversitesi'nden YüksekLisans derecesini aldı. 1982'deİ.T.Ü.'si Fen Bilimleri Enstitü-sü'nden Doktora unvanı aldı.

Halen Sakarya Üniversitesi Elektrik Mühendisliğibölümü Tesis Ana Bilim Dalında Yardıma Doçentolarak çalışmaktadır.

M. Ali YALÇIN İstanbul doğum-lu olan yazar. 1983 yılında İ:T:Ü:si Elektrik-Elektronik FakültesiElektrik Mühendisliği (KuvvetliAkım) bölümünden mezun oldu.1985 yılında İ.T.Ü.'si FenBilimle-ri Enstitüsü'nden YüksekLisans derecesini aldı.

1995 yılında İ.T.Ü'si Fen Bilimleri Enstitüsü'ndenDoktora Ünvanı'nı aldı. Halen Sakarya ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği BölümündeAraştırma Görevlisi olarak çalışmalarını sürdür-mektedir.

Ayhan ÖZDEMtR 1964 yılındaSakarya'nın Akyazı İlçesindedoğdu. „ 1986 yılında İ:T.Ü.Elektrik-Elektronik Mühendisliği

[Bölümünden mezun oldu. 1989I yılında İ.T.Ü.'si Fen BilimleriI Enstitüsü'nden Yüksek Lisansderecesini aldı. Halen Yıldız

JÜniversitesi'nde Doktora Çalışmasim sürdürmekte olan yazar Sakarya ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Bölü-mündeAraştırma Görevlisi olarak çalışmaktadır.


- 137 -

KISA SÜRELİ VOLTAJ DÜŞÜMLERİNİN ETKİLERİ,İNDİRGENMESİ VE ÖNCEDEN TAHMİNİ

Gülali YALÇINKAYA Math H.J. BOLLEN

Manchester Centre for Electncal EnergyUniversity of Manchester Instıtute of Science and Technolojy (UMIST)

Manchester. M60 1QD. England

ÖZET: Kısa süreli voltaj düşümleri endüstriyel vetican tüketiciler için üzerinde hassasiyetledurulması gereken önemli bir sorun halinegelmiştir. Bu çalışmada, bu düşümlerin etkileri,bazı indirgeme yöntemlerinin yanısıra. voltajdüşümlerim önceden tahmini için bazı yöntemlersunulmaktadır.

l-GİRİŞ

Tüketici safhasında meydana gelen vesüresi 10 milisaniye ile bir kaç saniye arasındadeğişen gerilimdeki ani düşümler kısa süreli voltajdüşümü (KSVD) olarak tanımlanmaktadır. Bu türvoltajdaki düşümler genellikle cihazlara zararvermezler, fakat kolayca bunların çalışmasistemlerini etkilerler. Bu tür voltajdaki düşümlergenellikle sistemde meydana gelen arızalar, büyükgüçlü motorların şebekeye bağlanmasından dolayıoluşan yüksek yol alma akımı ve devrelerin çokkısa bir süre içinde tekrar kapamalarından dolayımeydana gelirler.

Bu tür voltaj düşümlerini tam olarakönlemek mümkün değil. Fakat çoğu durumlardabunların etkilerini indirgemek mümkündür İM.Enerji kalitesi ile ilgili bir çok sorunun çözümü gibibu sorunda enerji üreticisi, tüketicisi ve elektrikicihazları üreten imalatçı arasında ortaklaşa birçabayı gerektirmektedir. Bildirinin 2. bölümündebu konuda yapılan araştırma sonuçlan kısacaözetlenmiştir. KSVD nin cihazlar üzerindekietkileri ve bunların indirgenmesine 3. bölümdekısaca değinilmiş ve KSVD leri önceden tahminetmek için basit ve çabuk sonuç alınacak biryöntemin yanısıra diğer bazı yöntemler 4. bölümdeanlatılmıştır

2- GÖZLEMLER

Bir kısa devreden dolayı oluşan tipik birKSVD şekli Şekil-l'de gösterilmiştir. Tüketici

safhasında voltaj'daki azalma şiddeti arıza noktasıile tüketici arasındaki mesafeye, süresi ise korumasisteminin arızayı giderme süresine bağlıdır. KSVDlerinin nasıl karakterize edilmesi konusunda farklıfikirler var. Bunların bazdan, genellikle Avrupa'da.IEC (International Electrotechnıcal Commission)

"anza süresince normal voltaj seviyesindeki standartsapma olarak karakterize ederken, diğerlengenellikle Kuzey Amerika'da ve IEEE anzasüresideki voltaj olarak karakterize etmektedirlerBiz KSVD için anza süresince voltajdaki azalmaşiddeti olarak tanımlandınyoruz.

Şekil-1 Tipik bir kısa süreli voltaj düşümü.

Uygulamaların çoğunda voltaj'dakiazalmanın şiddeti ve süresi KSVD'yi detaylı birşekilde tanımlamaktadır. Bu tanımlamadaki bazısınırlamalan 4. kısımda göreceğiz. Bu fiktörleredayanarak, temin edilen enerjiyi belli bir dönemiçin kontrol ettiğimiz zaman KSVD sayılarımgösteren bir dağılım grafiği elde edilebilinir.Böylesi bir örnek dağılım grafiği Şekil-2'degösterilmiştir. Bu dağılım grafiği, Kuzey Amerikada enerjide kaliteyi kontrol etmeyi amaçlayan birprojenin üç aylık ölçüm sonuçlarından eldeedilmiştir 121. Burada dikkat edilmesi gerken noktaölçümler sistemin bir çok yerinde yapılmıştır.Sadece bir yerde yapılan ölçümlerle böylesi birdağılım grafiği elde etmek bir kaç yıllık ölçüm ve


- 138 -

\

•'

:HU« Uoonıtu

* :

/ •

ULUUİM|||Hı:I:3£

—' ,t — T :

Oe-Ourolıo

HH

m (60 Hr 1

n Scottef

E?»

. t

w

'dol E-rr-tT öâM

M« camt ü»9«•di " '

^»•M

1

i

i

Şekll-2 Dağılım grafiği III.

gözlem sonucu gerektirir. Diğer KSVD araştırmasonuçlan aşağıdaki yöntemlarle göstenlmektedir;- voltaj'daki düşümlerin şiddetini veya süresini,dağılım veya yoğunluk fonksiyonu olarakgöstermek;- KSVD sayılarını düşümlerin şiddeti ve süresinekarşılık gelen iki boyutlu diagram olarakgöstermek:- tablo halinde göstermek, tablo'nun her girişibelirlenen düşüm şiddeti ve süresi içinde kalanKSVD sayısını göstemektedir.- kümülatıf tablo halinde göstermek, tablo'nun hergınşi verilen düşüm şiddeti ve süresini aşan KSVDsayışım göstemektedir.- düşümün şiddeti süresine karşılık gelen bir barahalinde göstermek.

ingiltere'de KSVD konusunda yapılan ikiyıllık ölçüm ve gözlem sonuçlan bir kümülatiftablo halinde Tablo-1 de gösterilmiştir.

Tablo-1, belirlenen düşüm şiddeti veaşan KSVD sayısı.

Volt

%90

%70

%40

% 1

O.Ols

49.9

16.8

3.7

1.2

O.ls

26.9

10.5

3.5

1.1

0.5s

5.5

3.4

2.5

0.9

l.Os

2.7

2.1

1.9

0.7

suresini

3.0s

1.1

1.6

1.5

0.4

Böylesi bir kümülatif tablo yardımı ile voltajdüşümüne karşı hassasiyeti bilinen bir cihazın kaçkez devre dışı kalacağı kolayca tahmin edilebilinir.Tabloda görüldüğü gibi yılda 10.5 kez voltaj%70'in altına düşmektedir, 100 ms den daha fazlabir süre için . Hassasiyeti bu değerler içinde kalancihazlar tartışmasız devre dışı kalacaklardır. Diğerbir çok ülke'de bu konuda yapılan araştırmalarbenzer sonuçlar göstermektedir.

3-KSVD ETKİLERİ ve BUNLARINİNDİRGENMESİ

KSVD lere karşı ilginin son zamanlarda oldukçaartmasının temel nedeni, bir çok modern cihazlarınbu düşümlerden etkilenmeleri ve devre dışıolmalandır. Özellikle Bilgisayarlar, endüstriyelişlemler için kullanılan kontrol sıstemlen.ayarlanabilir hızlı tahrik mekanizmalan veelektronik cihazlar bu tür voltaj düşümüne karşıçok hassastırlar.- Bilgisayar, CD çalar. Elektronik alarm ve vidogibi tüketici cihazları çalışma durumundayken:voltaj'daki kısa süreli bir azalmadan dolayı kendikendilerine yeniden kurulurlar. Bu çoğu zamandinamik hafızanın yok olmasına ve arasıradaBilgisayarlarda dosyaların yok olmasına yol açarBu cihazlar için kritik voltaj seviyesi ve süresigenellikle %85 ve 10 ms ile %50 ve 500msarasında değişmektedir.- Endüstriyel işlemler için kullanılan kontrolsistemleride volkandaki cihazlar kadar voltajdüşümüne duyarlıdırlar. Sürekli çalışma halindekiişlemler için hatalı bir devre dışı kalma ciddisorunlara sebep olurken, kayıp ve hatta bazıdurumlarda tehlikeli durumlara bile neden olabilir.

Yukanda sözünü ettiğimiz cihazlargenellikle dahili tek fazlı bir doğrultucu aracılığıile bir doğru akım (d.a.) harasından beslenirlerDoğrultucu d.a. harasına bağlı olan kapasıtörvasıtasıyla bir d.a. voltaj kaynağı gibi çalışır. Şayetda. barasındakı voltaj seviyesi çok düşerse cihazlarhatalı iş görürler, d. a. harasına bağlı kapasitörvoltaj'ı kısa bir süre yüksek tutar, fakat bu süregenellikle bir kaç peryodu geçmez.

Bu cihazlar alçak gerilimde çalışancihazlar olduklarından bunları kesintisiz bir güçkaynağı üzerinden beslemek KSVD sorunu için birçözüm yolu olabilir. Şayet kesintisiz güç kaynağıgirişindeki a.a. harasında bir voltaj düşümü olursa,da. barası kendisine bağlı pil bataryası yardımı ilebunu kompanze eder. Dolayısıyla a.a. çıkışbarasındaki voltaj bu giriş barasındaki düşümdenetkilenmez. Kesintisiz güç kaynağı kullanmakmaliyeti açısında evdeki cihazlar için pahalıolabilir, fakat endüstriyel amaçlı kontrol sistemlerive önemli ofis cihazdan için kullanmak KSVD lennneden olduğu kayıplardan daha ucuz olduğu kesin.Kesintisiz bir güç kaynağı üzerinden beslenen(örnek olarak) bir Bilgisayara baktığımızda;enerjiyi üç kez çevirme işlemi görmekteyiz.Kesintisiz güç kaynağında, önce a.a. dan d.a. ve


- 139 -

sonrada da. dan a.a.. Bilgisayarın kendi içindedea.a. den da.. Bunun yenne Bilgisayarın içindekid. a. harasına doğrudan bir pil bataryası bağlamakbir çok şevi kolaylaştırdığı gibi maliyet olarakta birkesintisiz güç kaynağından daha ucuz olur. Buaşamada çok küçük bir olasılık da olsa ticaritüketicilere ve hatta evlere d.a. enerjisinindağıtımının pratikte uygulanabilinirliği konusudüşünülmesi gereken bir nokta.

Kimya ve çelik tesislerinde, kağıtfabrikalarında ve taşıma sistemlerinde kullanımıçok yaygın olan. büyük ayarlanabilir hızlı tahrikmekanizmaları son dönemlerde KSVD den en çoketkilenen bölümü oluşturmaktadırlar. Bunlarınhassasiyeti 8 ms ve %15 voltaj düşümü ile 500 msve %50 voltaj düşümü arasında değişmektedir.Aynca kesintisiz güç kaynağından beslenemevecekkadarda büyüktürler. Bu cihazların KSVD lerdenzarar görmelerini önlemek için yüksek kapasitededepolanmış enerji'ye ihtiyaç vardır. Sondönemlerde geliştirilmekte olan "superconductingmagnetıc energy storage (SMES)" cihazları ve"Flexıble AC Transmıssıon System (FACTS)" gibiteknikler bir çözüm yolu olabilir. Fakat henüz buyöntemlerin pratikte uygulanabilinirliği konusundakesin bir şey yoktur. Şu aşamada en pratik çözümbu cihazların voltaj düşümüne karşı dayanıklığınıartırmaktır. Bazı imalatçılar bu cihazların kalitesiniartırmayı önermektedirler. Fakat bu beraberindemaliyeti artırdığı için tüketici ucuz olanı almayıtercih etmektedir.

4-KSVD'leri ÖNCEDEN TAHMÎN ETMEMETHODLARI

Belli dönemlerde tüketici safhasında beslemegerilimim ölçüm ve gözlem sonuçlarından farklışiddetli ve süreli KSVD sayılan hakkında bilgiedinılebilinır. Daha sonra bu bilgiler yardımıylaKSVD den dolayı cihazların ne kadar sıklıkta devredışı oldukları tahmin edilebilinır.

Basit bir method "ortak besleme noktası(OBN)" kavramına dayanmaktadır. Radialdağıtımü sistemde, sistemin herhangi bir yerindekiarızadan dolayı oluşacak KSVD şiddetinihesaplamak için anza ile yük arasındaki ortakbesleme noktasının (OBN) bulunması lazım. Şekil-3'de basit bir radial sistem ve ilgili empedanslarverilmiştir: Z, OBN deki kaynak empedansı ve Z2

ise OBN ile anza arasındaki empedans. Şayet varsaarıza empedansıda Z-.'ye dahil. Z; anza yen ile

OBN arasındaki mesafe ile orantılıdır.

OBN

Arıza

Şekil-3 Radial dağılımlı sistemdeki anza.

Şayet bütün yük akımlarını ihmal edersek, yüknoktasındaki voltaj düşümü(Vd) yüzde olarak OBNdeki voltaj'a eşittir ve şiddeti;

Bir kritik voltaj (VJ değeri seçelim, bunun altındakalan voltajlarda cihazların devre dışı kaldıklarımkabul edelim. Şimdi (1) denklemini kullanarakkritik voltaj sayılarını hesaplayabiliriz. Şiddetiaşağıdaki denklemde

(2)

olduğu gibi kritik voltajın altında kalan voltajdüşümüne sebep olan bütün anzalann göz önündebulundurulması gerek. Besleme kablosunun kmbaşına empedansı z ve anza yen ile OBNarasındaki uzaklığın 3P olduğunu kabul edersek;Zı = ç£ *z olarak hesaplanır. X/R oranının Z, ile Zz

de eşit olduğunu kabul edersek, seçilen VkVe bağlıolarak kritik uzaklığı (â£k) hesaplayabiliriz.

(3)

Bu kritik uzaklık içinde meydana gelen bütünarızalar cihazların devre dışı olmalarına sebep olur.Kritik uzaklık yüksek voltaj'da oldukçaartmaktadır. Bu methodla KSVD sayışımhesaplamak için. mevcut olan bütün OBN ler için


- 140 -

1, hesaplanmak zorunda. Böylece içinde meydanagelecek her hangi bir arızadan dolayı cihazlarındevre dışı olacağı bir zayıf alan belirlenmiş oiur.Bu alan içinde oluşak anza sayılan toplandığındatoplam KSVD sayısı bulunur. Anza sayısı isemevcut istatistiklerden elde edilebilınır. Burdadikkat edilmesi gereken önemli nokta bu basitmethod sadece radyal dağılımlı ve küçük çaplı ağsistemlerde meydana gelen üç fazlı anzlar içinhassas sonuçlar venr. Tek fazlı an/.alar içinsistemdeki topraklama yöntemi ve OBN ile \ıikarasındaki transformatör'lerın bağlantısının gö/önünde bulundurulması zorunludur. Radıaldağılımlı olmayan sistemler için bu methodgenışletılebılınır.

4.1- Daha Hassas Tahmin Methodları.

Bazı durumlarda \ukanda sözünüettiğimiz method hassas sonuçlar vermeyebilir.Örneğin büyük ağ şeklindeki sistemlerde. Bununiçin farklı methodlar kullanılmak zorunda.

Basit, fakat çok zaman alan bir method.sıstem'de olası ihtimali olan bütün anzalar içinKSVD şiddetini ve süresini ayrı ayn hesaplamak.Her anza için anza oranı göz önündebulundurularak, beklenilen farklı şiddetli ve süreliKSVD sayısı hesaplanabilirin". Daha sonra öncekibölümde anlatılan method kullanılarak üzenndedurulması zorunlu olan anzalan içeren bir alantahmin edilebilınır. Büyük bir ihtimal bu methodlaKSVD sayılarını hesabîamak. IEEE. Gold Book'unyeni çıkacak baskısında tavsiye edilecektir 131.Düşüm şeklinin dikdörtgen olmadığı durumlar sözkonusu olduğunda (örneğin motorlann tekrar yolalmalannda) yine bu method kullanılabılinır AV.İkinci derecedeki anzalanda (anza halinde korumasisteminin görev yapamaması) hesaba katarsakdaha detaylı stokastık bir methoda ihtiyaç vardır.Bu doğrultuda "Monte Carlo sımulatıon"yöntemine dayanan böylesi bir method 151 noluka\nakçada tanımlanmıştır. Yük olarak asenkronmotorlann yoğunlukta olduğu elektriksistemlerinde voltaj düşüm şeklini hesaba katmak/orundayız. Böylesi durumda düşüm şeklini süresive şiddeti ile tanımlamak yeterli değil. Asenkronmotorlann anza akımına olan katkılanndan dola\ıanza anında bir dereceye kadar voltaj'ı yükseltirlerve aynı zamandada yavaşlarlar. Anza giderildiktensonra tekrar hızlanırlarken şebekeden yüksek akımçekerler, dolayısıyla bu anza sonrası bile bir voltajdüşümüne sebep oiur /4/.

5-SONLÇLAR

Kısa süreli voltaj düşümien endüstnyel ve ticaritüketiciler için enerji kalitesine ilişkin en önemlisorunlardan bin haline gelmiştir. Tüketiciler içinönemli olan bu tür voltaj düşümiennde cıhazlanndeM"e dışı olup olmadıklandır. Dola\ısryla bunlannnekadar sıklıkta meydana geldıklennı öncedentahmin etmek, sorunun çözümünde tüketici içinbü>Tik önem arz etmektedir.

6-KAYNAKÇALAR

[ 1 | M F McGranaghan. D. R. Mueller. M. J.Samotyj. "Voltage Sag in Industrial Systems".IEEE Trans. on Industry Applications, vol.29.1993. p.397-403.[21 R.C. Dugan et al.. "İmpact of fast tnppıng ofutıliry breakers on ındustnal load ınterruptıons".IEEE IAS Annual Meetıng. October 1994. Denver.CO. USA.p.2326-2333.[3] L.E. Conrad (Chaır). "Proposed Chapter 9 forpredictıng voltage sags (dips) in revisıon to IEEEStd 493. the Gold Book" IEEE Trans. Ind. App..vol.30 (1994). p.805-821.f4| G. Yalçınkaya. M.H.J. Bollen. "StochastıcAssessment of Voltage Sags for Systems uıthLarge Motor Load". Unıversitıes PouerEngıneenng Conf. September 1994. Gahvay.Irelandp. 141-144.[5] M.H.J. Bollea "Method for Relıabılıty .Analysısof Industnal Dıstributıon Systems" IEEProceedıngs C. vol. 140. 1993. p.497-502

ÖZGEÇMİŞ

Gülalı Yalçınkava. 1990yılında 1.T.Ü SAK. MÜH.Fakültesinden mezun oidu1993'de UMIST. İngilterede lisans ustünu bitirdiHalen aynı ÜniversitedeDoktora vapmaktadır IYYYü\esı

Malh H.J Bollen. 19XS'dehındhoven î'nıversıt\ utTechnolog>. 1 lollundu'dalisans üstünü bitirdi Aynıüniversitede !9S9daDoktorasını bitirdi('MlST'de öğretim u\esı


- 141 -

ULUSAL ORTA VE YÜKSEK GERİLİMLİ ENERJİ İLETİMHATLARINA YAKLAŞIM MESAFELERİNİN

ELEKTRİK VEMAGNETİKALANLARA GÖRETESPİT EDİLMESİ

Nurettin UMURKAN Ş. Selim ŞEKERYıldız Teknik Üniversitesi Boğaziçi Üniversitesi

Hüseyin ÇAKIRYıldız Teknik Üniversitesi

ÖZET

Bu çalışmada, çeşitli ülkelerde kullanılmak-ta olan enerji iletim hatları ile ilgili elektrikve magnetik alan standartları incelenmiştir.Bu ülkelerde kullanılan sınır değerlere göreTürkiye 'de kullanılmakta olan 66, 154 ve380 kV 'luk enerji iletim hatlarında, hatgüzergahı genişliği, elektrik ve magnetikalanlar bakımından güvenli yerleşimmerkezlerinin hatlara yaklaşım mesafeleritespit edilmiştir.

1. GİRİŞ

Yüksek gerilim ve akımdan dolayı enerjiiletim hatlarının çevresinde elektrik ve mag-netik alanlar meydana gelmektedir. Çevrebilincinin giderek önem kazanmaSı ile enerjiiletim hatlarının çevresindeki alçak frekanslıelektrik ve magnetik alanların, çevredekibitki örtüsü, hayvanlar ve insanlar üzerindekibiyolojik etkisinin belirlenmesi için çeşitliaraştırmalar yapılmaktadır.

Çeşitli ülkelerde elektrik ve magnetikalanların insanlar üzerindeki biyolojik etkileriaraştırılarak bu konuda güvenlik standartlarıoluşturulmuştur. Alternatif akımlı yüksekgerilim enerji iletim hatlarının dizaynında,hat güzergahı genişliğinin belirlenmesinde,yerleşim merkezlerinin hatlara olanyakınlıklarının tespit edilmesinde, hatlarınelektrik ve magnetik alan şiddetine görestandartlarda öngörülen sınır değerlerikullanılmaktadır.

Bu çalışmada, çeşitli ülkelerde kullanılmaktaolan enerji iletim hatları ile ilgili elektrik vemagnetik alan standartları incelenmiştir. Buülkelerde kullanılan standart değerlere göreTürkiye 'de kullanılmakta olan enerji iletimhatlarında, elektrik ve magnetik alanlarbakımından güvenli yerleşim merkezleri ilehatlar arasındaki mesafe tespit edilmiştir. Bunedenle enerji iletim hatlarının çevresindeelektrik ve magnetik alan hesaplamalarıyapılarak, güvenlik sınırlarının tanımlanmasıve belirlenmesi gerekmektedir. Hesaplama-lar için, Yük Benzetim Yönteminin enerjiiletim hatlarına uygulanmasıyla geliştirilenbilgisayar algoritması kuUanılmıştır /I-6/.

2. ULUSAL HATLARIN ELEKTRİKVE MAGNETİK ALAN DAĞILIMI

66, 154 ve 380 kV için hesaplamalardanelde edilen elektrik alan şiddeti - mesafeeğrisi, magnetik alan şiddeti -mesafe eğrisiŞekil 1 ve 2 de verilmiştir.

jr-

11

Jt

\ ' ^

• A .

V

\" V '

«6*V154kV

— — 3WllV

H* Mnfcraıdm U i ^ l * <m*n)

Şekil 1. 66, 154 ve 380 kV üç fazlı sistem içinelektrik alan - mesafe eğrisi


- 142 -

•"•* 5

<

r"t 3 > /?\ v

/ / \I

3UkVMkV15«kV

Ha Makımda Üzdü* (m«

i7 2 66, 154 ve 380 kV üç fazlı sistem içinmagnetik alan - mesafe eğrisi

3. ÇEŞİTLİ ÜLKELERDEKULLANILAN SINIR DEĞERLER

Bu bölümde, 50/60 Hz elektrik ve magnetikalanlar için çeşitli ülkelerde mevcut standart-lar incelenmiştir.

Almanya 'da, belirlenen sınır değerler altındaelektrik alanlara maruz kalmaya sınırsızzaman için izin verilir. Sınır değerinin 1.5katı alan şiddetine kısa zaman için (herçalışma günü için 2 saat) maruz kalmalaraizin verilir.

Japonya 'da, kalabalık nüfuslu veya % 25yada daha fazla yapıların kapladığıbölgelerde yüksek gerilim havai hatlarmyapımı yasaklanır. Standart ayrıca hataltında elektrik alan şiddeti için, toprakseviyesinden 1 m yükseldikte 3 kV/m yiaşmayan bir sınır değer tayin eder. Tarlalar,ormanlar vs. gibi içinde insanların geliş vegidişlerinin nadiren olduğu yerlerde bu sınırdeğerler uygulanmaz.

Amerika Birleşik Devletleri 'nde, düzenle-meler bir eyaletten diğerine farklıdır. Yenihatların dizaynında, enerji ve kominikasyonhatlarının bakımında ve yapıdan meydanagelen tehlikelerden çalışanları korumatedbirleri için, bütün eyaletler UlusalElektrik Güvenlik Kodu (NESC) 'nu yadaonun bazı düzenlemelerini kabul eder.Mevcut sınır değerler nüfusun korunmasınıamaçlar.

Rusya 'da, elektrik alanlara maruziyet süre-si, alan şiddetine bağlı olarak sınırlandırıl-mıştır. Elektrik alanın etkilerinden genelnüfusu korumak için, alan şiddetinin 1 kV/m

Yerleşim ROW İçi ROW Sınırı Yol Geçişi Mesleki

0 İngiltere

fi Çekoslovakya

B USA Montaııa

• Rusya

OD Almanya

B USA Florida

S Polonya

01 Japonya

B USA Kuzey

S3IRPA(199O)

9 USA Minesota

Dakota Sİ USA Oreçon

S AvusCralya

O USA NewYork

• USA New Jersey

Şekil 3. Çeşitli ülkelerde kullanılan standart değerler


- 143 -

'yi aştığı iletim hattı güzergahı boyuncasağlık koruma bölgesi diye bilinen bölgeoluşturulur. Dizayn aşamasında, enerji iletimhatlarının güzergahları evler, ulusal yapılar,parklar, araba servis ve benzin istasyonlarısağlık koruma bölgesinin dışında kalacakşekilde seçilir. Koruma bölgesinde mevcutevlerin kaldırılması sağlanır, açık araziüzerinde ve yapıların içinde sınır değerlerinaltında alan şiddeti şart koşulur, yada metalçatılar, tel kafesler, çitler vb. ekranlamasistemleri ile alan büyüklükleri bu sınırdeğerlerin içine çekilir /8/.

Çeşitli ülkelerin, yerleşim merkezlerinde, hatgüzergahı genişliği (ROW) içinde, ROWsınırında, yol geçişinde ve mesleki maruzi-yetler için kullandığı standart değerler Şekil3 'de biraraya getirilmiştir.

4. TÜRKİYE ' DEKİ DURUM VEÖNERİLEN SINIR DEĞERLER

Türkiye 'de enerji iletim hatlarına güvenliyaklaşım mesafelerini elektrik ve magnetikalanlar bakımından veren herhangi birsınırlama bulunmamaktadır. Bu nedenleçeşitli ülkelerde yaygın olarak kullanılansınır değerler ulusal enerji iletim hatlarınauygulanarak hat güzergahı genişliği(ROW),ROW içi, ROW sının, yerleşim merkez-lerinin hatlara olan uzaklıklarının tespiti, hat-ların çevresindeki aktivitelerin sınır değerleregöre belirlenmesi sağlanabilir.

Tablo 1.Türkiye için önerilen elektrik alanın

maksimum müsaade edilebilir seviyeleri

Bölge ( kV/m )

İkamete ait yerleşim bölgesi sınırı /ROW içi 8RO W sınırı 2Anayollar ile hatların kesiştiği bölge 7Mesleki maruziyet 10

Çeşitü ülkelerdeki hatlar için kullanılanstandatlar Şekil 3 'de verilmişti. Bu sınır

değerlerden yaygın olarak kullanılanlarTürkiye 'deki hatlara uygulanması içinönerilmektedir. 66 kV, 154 kV ve 380 kVhatlar için Şekil 1 'de verilen elektrik alanşiddeti - mesafe eğrisinden Tablo 1 'deönerilen şuur değerlere göre elde edilenhatlara güvenli yaklaşım mesafeleri tespitedilir.

5. SONUÇLAR

Yapılan çalışmadan elde edilen sonuçlar; 66kV 'luk hat için alan değerlerinin yerleşimmerkezleri için uluslararası standart değerle-rinin altında olduğu, 154 kV 'luk hat için hatmerkezinden 8 metre mesafeden sonra alanşiddetinin yerleşim merkezleri için standartdeğerinin altında olduğu, 380 kV 'luk hatiçin hat merkezinden 30 metre mesafedensonra alan şiddetinin yerleşim merkezleriiçin belirlenen standart değerinin altındaolduğu sonucu elde edilmiştir.

Türkiye 'de kullanılan bütün gerilimseviyelerinden dolayı hat güzergahı içindemeydana gelen elektrik alan şiddeti değerle-rinin, hat güzergahı için önerilen maksimum8 kV/m 'lik sınır değerin altında olduğugörülmektedir.

Kullanılmakta olan ve yeni inşa edilecekolan hatlar için, standartlarda öngörüldüğüşekilde yerleşim merkezlerini hatlara güvenlimesafelerde kurmak, ve çeşitli aktiviteleriçin güvenli mesafelerin tespit edilmesindeelektrik ve magnetik alan hesabı ve ölçümüson derece önem kazanmaktadır.

Türkiye 'de bugün itibariyle enerji iletimhatları ile ilgili elektrik ve magnetik alanlarkonusunda herhangi bir standart bulunma-maktadır. Dünyanın bir çok ülkesinde kul-lanılan standartlardan uygun olan değerleralınarak enerji iletim hatları için standartoluşturulabilir ve bu şekilde hatlara güvenliyaklaşım mesafeleri için şuur değerler buçalışmada olduğu gibi tespit edilebilir.


- 144 -

6. KAYNAKLAR

///. YILDIRIM, H., Elektrostatik AlanlarınYük Benzetim Yöntemiyle İncelenmesi,İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Y.Lisans Tezi,Ocak 1992.

/2/. UMURKAN, N., YILDIRIM, H.,KALENDERLİ, Ö., Enerji İletim Hat-larında Yük Benzetim Yöntemi İle AlanHesabı, Elektrik Mühendisliği 5. UlusalKongresi, 13-18 Eylül 1993, s. 1249-1253.Trabzon.

/3/. UMURKAN, N., YILDIRIM, H,KALENDERLİ, Ö., Ulusal Orta ve YüksekGerilimli Enerji İletim Hatları ÇevresindeElektrik Alan Hesabı İçin Yem Bir Yaklaşım,m.Elektromekanik Sempozyumu, 01-05Aralık 1993, s. 142-147, Bursa.

///. SINGER, H., STEINBIGLER, H., WEISS,P., A Charge Simulation Method for theCaiculation of High Voltage Fields, IEEE,PAS- Vol.93, pp. 1660-1668, 1974

/S/. ABDEL-SALAM,M. ,EL-MOHANDES,M.T., Electric Field around Paralel de andMulti-phase ac Transmission Lines, IEEE,EI-VOL.25, pp. 1145-1152, Dec. 1990.

/6/. Türkiye Ulusal Elektrik Ağındaki HavaiHatların, Trafoların ve GeneratörlennElektnki Karakteristikleri, TEK İşletme veBakım Dairesi Başkanlığı, SA-91/1, GenelKod No: 27/27-201, 1991.

/7/. ŞEKER, Ş S., ÇEREZCİ, O., Elektro-magnetık Alanların Biyolojik EtkileriGüvenlik Standartları ve KorunmaYöntemleri, Boğaziçi Üniversitesi, 1991

/8/. FRANCESCHETTI, G., GANDHI, O.P.and GRANDOLFO, M., ElectromagneticBiointeraction, Plenum Press, pp. 153-173,1989.

Nurettin UMURKAN,1964 yılında Tokat'tadoğdu. 1988 'de YıldızTeknik ÜniversitesiMühendislik FakültesiElektrik MühendisliğiBölümünden Müh,

1991 de Yıldız Teknik Üniversitesi FenBilimleri Enstitüsü (FBE) Elektrik Müh.programından Y.Müh, 1995' de YıldızTeknik Üniversitesi FBE Elektrik Müh.

programından Doktor Mühendis olarakmezun oldu. 1990' dan beri YTÜ ElektrikMühendisliği Bölümü Elektrik TesisleriAnabilim Dalı' nda Araştırma Görevlisiolarak çalışmaktadır.

Hüseyin ÇAKIR, 1948yjimda İskeçe' de doğ-du. 1972'de Y.Müh. o-larak Yıldız Teknik Üni-versitesinden mezun ol-du. Doktora, Doçentlikve Profesörlüğünü YıldızTeknik Üniversitesi' nde

tamamladı. 1977-1978 yılları arasında ABDGeorge Washington Üniversitesindearaştırmalar yaptı. Kısa süreli görevler ileİngiltere ve Almanya' daki üniversitelerdebulundu. Yıldız Teknik Üniversitesi

Elektrik MühendisliğiBölüm Başkanlığını yürütmekte olanHüseyin ÇAKIR' in yayınlanmış 4 kitabı ve30 civarında makale, ulusal ve uluslararasıbildirileri vardır.

Ş. Selim ŞEKER, 1950yılında Kocana(Yugoslavya) da doğdu1967 de HaydarpaşaTeknik Lisesinden 1972de Yıldız ÜniversitesiElektrik Mühendisliği

Bölümünden mezun oldu The GeorgeWashington (ABD) Üniversitesinde Masterve Doktora yaptı Halen B.Ü. de öğretimüyesi olup 1985 de Doçent, 1993 deProfesör oldu. IEEE ve EMO üyesi olup,yayınlanmış 45 makale ve sempozyumbildirisi ve 3 kitabı olup, SCI de 36 defakaynak gösterilmiştir.


- 145-

Bir Elektrik Ark Ocağı Sisteminin Optimum ÇalışmaKoşullarının Belirlenmesi

A. Akdağ*+ M. Ermiş*+ E. Nalçacı v I. Çadircı v Ü. Orlu*

*Bilgi Teknolojileri ve Elektronik Araştırma EnstitüsüTürkiye Bilimsel ve Teknik Araştırmalar Kurumu

ve+Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü

Orta Doğu Teknik ÜniversitesiAnkara, 06531 TÜRKİYE

ÖZET

Bu bildiri kapsamında 31.5kV baradanbeslenen AA tipi 80 tonluk bir elektrik arkocağı sisteminin performansınıiyileştirmeye yönelik olarak yapılankuramsal ve deneysel çalışmalarincelenecektir. Yeni çalışma koşullan,kararlı ark ve maksimum üretim şartlangöz önünde bulundurularak belirlenecektir.

olarak kurulmuş kompanzasyonkondansatörlerinden oluşan bir statik VARkompanzatörü ile donatılmıştır. Güçsisteminin tek hat şeması Şekil l'degörülmektedir.

Fiderl54/31.5kV

Trafo

L-OSmH L-t>lmH L-2.2mH

KaynakSen

FUaktörL mu-!0.iıiıH

R-O025< R-0.2ohm R-0.07ohmı

Ölü ,./"l I

GİRİŞ

Elektrik ark ocağı (EAO) işletmeciliğindetemel amaç yıllık üretimin maksimizeedilmesi ve aynı zamanda ton çelik üretimibaşına maliyetin en aza indirilmesidir.Maliyeti önemli ölçüde etkileyenfaktörlenn başında birim ton çelik üretimibaşına elektrik enerjisi tüketimi, elektrottüketimi ve refrakter ömrü gelmektedir. Bufaktörler doğrudan EAO'nun elektrikselçalışma biçimi ile bağlantılı olup, sözkonusu EAO sisteminin optimum çalışmakoşullannın sağlanabilmesi için uygunişletme stratejilerinin belirlenmesigerekmektedir.

İncelenen EAO sistemi, 75/90MVA'lık birEAO trafosu ve bunun primer uçlannabağlı bir sen reaktör ve lOMVA'lık birpota ocağından oluşmaktadır. Sistemayrıca 80MVar'lık tristör kontrollü reaktörve 70MVar'lık, 2. ve 3. harmonik filtreleri

TCRÜOMVıu

i2. Hannomk

Filin:

25MVar

I

ı3. Haımonik

Fillrc

45MVar

PouOcağı

ArkOcağ

Şekil 1. EAO Güç Sistemi Tek Hat Şeması

EAO Sisteminin Maksimum GüçTransferi Açısından İncelenmesi

Bu tür bir çalışma için en doğru yaklaşımsistemin güç/akım ve güç faktörü/akımeğrileri çıkanlarak ocak, ocaktransformatörü ve elektrik şebekesiarasında tatminkar bir uyum olupolmadığının incelenmesidir. Ancak buşekilde kaynaktan hurdaya maksimum güçtransferinin mümkün olup olmayacağıanlaşılabilecektir.

Bu eğriler Şekil l'de görülen EAOsisteminin faz başına eşdeğer devresi eldeedilerek çizilmiştir. Bu hesaplamalarda31.5kV dengeli faz-faz arası voltaj ve 3-fazsimetrik ark durumu bulunduğu


- 146-

varsayılmıştır. Diğer dengesizlikler isereaktans değerlerinin k-faktörü (k=1.17)ile çarpılması ile hesaplamalara katılmıştır[1,2]. Bunlar sonucunda elde edilengüç/akım güç faktörü/akım eğrileri çeşitliEAO trafo kademeleri için Şekil 2'deverilmiştir.

REAKTORSUZ

E t r> larc/0.9 d)

0 20 «O 60 80 100 '-£0 : *0

Şekil 2. Güç/akım ve güç faktörü/akımeğrileri

Bu eğrilerden anlaşılacağı üzere özellikleyüksek transformatör kademelerindesistemde ciddi bir uyum problemi olduğuve bu nedenle ocağın maksimum güçnoktasından (MGN) çok uzaklarda ve güçfaktörünün 1.0'e yakın bölgelerdeçalıştırıldığı anlaşılmaktadır. Çok yüksekgüç faktörünün ark akımında kesikliklereneden olduğu bilinmektedir.

Ark akımının sıfıra ulaştığı noktada arkınkesildiği varsayıldığında, transformatöryüksüz gerilim dalga şekli elektrotuçlarında görülecektir. İncelenmesigereken nokta bu gerilimin anlık değerininelektrot akımının sıfırında arkı tekrartutu,cuı.naya yetip yetmeyeceği ve eğeryetmiyorsa, kaç derecelik gecikmeyle arkıtutuşturmaya yetecek düzeye yükseleceğihusustandır. Yeterli bir iyonozasyonseviyesi için ark oluşturma gerilimi ilearkboyu arasındaki ilişki Denklem 1 'deverilmiştir.

larc: bir önceki akım çevrimindeki arkboyu, mmEtr: arkın tutuşması için gerekli olan trafosekonder faz nötr gerilimi

Ayrıca ark boyu, arkın üzerindeki voltajladoğru orantılı olup Eşitlik 2'deki gibideğiştiği varsayılmıştır [3,4].

Varc = C.larc+40 (2)C=11.5V/cm

Şekil 3'den de görüleceği üzere, ark akımısıfıra ulaştığı anda ocak trafosu sekondergerilim değeri, arkı tutuşturmaseviyesinden uzaktır. Gerilim değerininEşitlik l'deki kritik seviyeye ulaşması içinbelli bir süre (y)geçmesi gerekmektedir.

• i . -ADEME (50 kA)

Şekil 3. Arkın gecikmeyle ateşlenmesiArkın bu kesikli ve dengesiz hali, ocağınkarasız bir rejimde çalışması sonucunudoğurmaktadır (Şekil 4.a). Ayrıca, böylebir çalışma rejimi ocak akımının harmonikkapsamını arttırmakta ve tiristör kontrollüreaktör (TCR) grubunun da, ateşlemeaçısındaki ani değişmelerden dolayı birharmonik kaynağı olarak davranmasınaneden olmaktadır. Tiristör ateşlemeaçılarında bir yarım çevrimden öbürüneolan ani değişmeler (Şekil 5)aynı zamandahat akımlarında doğru akım (DA)bileşnelerinin akmasına neden olur(Şekil 6).


- 147-

;a)kararsız

b)kararlı

Şekil 4. Karalı ve kararsız ark durumlannda ocak MW ve MVar kayıtlan

Karalı ocak koşullannın sağlanabilmesiiçin, ocağın güç eğrilerinin (Şekil 2) akımekseninde sola doğru kaydınlmasıgerekmektedir. Bu ise EAO sisteminintoplam reaktansınm arttın İması gerektiğianlamını taşımaktadır. Değişik rektörkademeleri için elde edilen ve (13. EAOtrafo kademesinde) yeni güç/akım ve güç

faktörü/akım eğrileri Şekil 7'deverilmiştir. Seri reaktörün devreyealınması maksimum güç seviyesinde birdüşüşe neden olsa da, çalışma noktasıMGN'ye daha yakın bir duruma gelmiştir.Aynca akım kesiklikleri de son bulmuş(Şekil 8) ve bunun sonucu olarak da arkkararlı bir hal alarak dökümden dökümegeçen süre kısalmıştır (Şekil 4.b).


- 148-

f'•f\j

•w // '- /

i

T1

\\

\ı

J

1

1

I

17:84:17

FR1 : 2BmU : 5' Arnı ı r o c n •• n^UU 1 KtLJ •

Otc I2--341?:04:06

\ TCR hat akımı

. JR2: 20mU :5nCOUlRED:D«c i 2/3417:04:062*. harmonikfiltre akımı

y /i \

De C ] ? -"J <1

3. hannonıkfiltre akımı

: Kaynak hat akımı

Şekil 5. Kararsız çalışma koşullarındaharmonik filtre akımları

3. harmonikfiltre akımı

'-' -ir:

Kaynak hat akımı

Şekil 6. Hat akımında DA bileşen

13. KADEME

13. KADEME (50 UA)

—i—

-

\

X-.

\ ;

- -V 1

• 10 II

Şekil 8. Arkm belli bir emniyet payıylaateşlenmesi

SONUÇ

Bu bildiri kapsamında yapılan deneysel vekuramsal çalışmalar, elektriksel kaynaktanocağa maksimum güç transferi için, EAOsistemi ile kaynak parametreleri arasındabir uyumun sağlanmasına büyük önemverilmesi gerektiğini göstermiştir. Böylebir uyum, ayrıca elektrot akım setdeğerinin, ocak trafosu ve seri reaktörkademelerinin, ocağın çalışma çevrimiboyunca iyi ayarlanmasını gerektirir. Buayarlamaların sonucu olarak ocakta kararlıark elde edilmiş olur; bu da üretiminartması ve enerji tüketiminin azalmasıanlamını taşır. Sistem üzerinde yapılançalışmalar sonucu, dökümden dökümegeçen sürede %15'ler civannda bir azalma;

ton hurda başına verilen enerjide de birdüşüş gözlenmiştir. Mevcut EAO sistemiüzerindeki kayıtlar incelendiğinde, tespitedilen yeni çalışma noktalarının akımharmonik bileşenlerinin azalmasına vegerilim flikerinin önemli ölçüde düşmesineneden olduğu gözlenmiştir.

Şekil 7. Değişik reaktör kademelerinde güçve güç faktörü akım eğrileri


- 149-

KAYNAKLAR

[1] P. F. Ruff, 'Calculation of ArcSymmetry in Electric Arc Furaaces' IEEProc. Vot. 30, Pt. B, No. 3, pp. 213, (1983)

[2] G. M. Mensey, 'Estimation Methodsfor Povver System Harmonics Effects onDistribution Transformer', IEEE Trans. onIndustry Applications Vol. IA-30, pp. 528(1994)

[3] J. J. Trageser, 'Power Usage andElectric Circuit Analysis for Electric ArcFuraaces', IEEE Trans. on IndustrialApplications, Vol. IA-16, No. 2, pp.277(1980)

[4] Y. Sundberg, 'The Arc Furnace as aLoad on the Netvvork', ASEA Journal,Vol. 49, No.4, p75, (1975)

[5] A. Akdağ, E. Nalçacı, M. Ermiş, I.Çadırcı, 'Improving the Performance of anElectric Arc Furnace System With RealTime Measurements After TransformerReplacement', International AEGEANConference on Electrical Machines andPower Electronics, 1995

A. Akdağ 1993 yılında Elektrik ElektronikMühendisliği dalında Lisans derecesinialarak Orta Doğu Teknik Üniversitesindenmezun oldu. Aynı yıl Elektrik-ElektronikMühendisliği Bölümü Elektrik Makinalanve Güç Elektroniği Anabilim DalındaAraştırma Görevlisi olarak çalışmalarınabaşladı. Halen aynı üniversitede yükseklisans eğitimine devam etmekte olup biryılı aşkın süredir TÜBİTAK BilgiTeknolojileri ve Elektronik AraştırmaEnstitüsünde de araştırmalarına devametmektedir

M. Ermiş ODTÜ Elektrik-ElektronikMühendisliği Bölümünde 1972 yılındaLisans, 1976 yılında Yüksek Lisans, 1982yılında da Doktora eğitiminitamamlamıştır. Ayrıca, 1972-1974 yıllanarasında da AITIA'de Üretim Yönetimikonusunda Lisans Üstü çalışmalaryapmıştır. Halen ODTÜ ElektrikElektronik Mühendisliği Bölümü ElektrikMakinalan ve Güç Elektroniği Anabilimdalında öğretim üyeliği yapmaktır. AyncaTÜBİTAK Bilgi Teknolojileri veElektronik Araştırma Enstitüsünde GüçElektroniği Grup Koordinatörü olarak daaraştırma çahşmalanna devam etmektedir.

E. Nalçacı 1978 yılında ODTÜ Elektnk-Elektronik Mühendisliğinden mezun oldu.Yüksek Lisans eğitimini aynı bölümde1982 yılında tamamladı. Sümerbank GenelMüdürlüğünde 3 yıl Elektrik Mühendisi,ASELSAN'da 5 yıl araştırma mühendisiolarak çalıştı. Halen ODTÜ Elektrik-Elektronik Mühendisliği BölümündeDoktora çalışmalanna devam etmektedir.

I. Çadırcı ODTÜ Elektrik-ElektronikMühendisliği Bölümü'nde 1987 yılındaLisans eğitimini tamamlamış, sırasıyla,1988 ve 1994 yıllannda aynı bölümdenYüksek Lisans ve Doktora derecelerinialmıştır. Halen aynı bölümde öğretimgörevlisi olarak, TÜBİTAK-Bilten'de deyarı zamanlı araştırmacı olarak görevyapmaktadır.

Ü. Orlu ODTÜ Elektrik ElektronikMühendisliği Bölümünden 1990 yılınamezun oldu. Yüksek Lisans derecesini yineaynı bölümden 1992 yılında aldı. HalenTÜBİTAK BİLTEN'de araştıncı olarakçalışmakta olup, aynca ODTÜ Elektrik-Elektronik Mühendisliği BölümündeDoktora çalışmalanna da devametmektedir.


- 150 -

YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARINDAN JEOTERMALENERJİNİNTEKNOLOJİSİ, SİSTEMLERİ, DÜNYA VE ÜLKEMİZDEKİ

DURUMU VE UYGULAMA ÇALIŞMALARI

İrfan GÜNEY Ümit K. TERZÎMARMARA ÜNİVERSİTESİ TEKNİK EĞİTİM FAKÜLTESİ ELEKTRİK EĞİTİMİ BÖLÜMÜ

Dört çeşit jeotermal kaynak vardır:Hidrotermal, basınçlı zonlar, kızgın kurukaynaklar ve magma [1].

ÖZET

Hızla artan nüfusun ve teknolojikyeniliklere bağlı olarak gelişen endüstirininenerji gereksinimi karşısında konvansiyonelenerji kaynaklarının yerine geçebilecek,tükenirliliği olmayan yeni ve yenilenebilirdoğal kaynakların araştırması, bulunması vebunlardan yararlanılması konusunda sonzamanlarda büyük bir arayış içine girilmiştir.Bu yenilenebilir kaynakların en önemli-lerinden birisi de jeotermal enerjidir.

Bu çalışmamızda jeotermal enerjiteknolojileri ve sistemleri tanıtılmış,jeotermal açıdan dünya ve ülkemizdekidurum ve gelişmeler açıklanırkenuygulamalar göz önüne alınarak jeotermalenerjinin ekonomikliği tartışılarak bazıöneriler getirilmiştir.

1. GİRİŞ

Jeotermal kaynaklar, çıkarılan akışkanıntermodinamik özelliklerine göre alçakentalpili sistemler (30 ile 150°C) veyayüksek entalpili sistemler (150°C) olmaküzere sınıflandırılır. Bir başka sınıflandırmaise 90 °C'ın altındakilere alçak sıcaklıksistemleri, 90-200°C arasındakilere ortasıcaklık sistemleri ve 200°C'ın üzerindekilerede yüksek sıcaklık sistemleri denmektedir.Alçak ve orta sıcaklıklı sistemler direktolarak ısıtmada kullanılmaktadır. Orta veyüksek sıcaklığa sahip kaynaklar öncelikleelektrik üretimi için kullanılmaktadır.Jeotermal kaynakların ekonomik olarakçıkarılmasında, jeolojik formasyonlarınönemi fazladır.

2. JEOTERMAL ENERJİ İLE ELEKTRİKÜRETİMİ

Çeşitli araştırma tekniklerininuygulanması sonucunda, jeotermal enerjininoluştuğu uygun jeolojik koşullarda yapılansondajlarla aşın derecede ısınmış sular, yaşve kuru buhar olarak yer yüzüneçıkmaktadır. Bu jeotermal akışkanüzerindeki basıncın azalmasıyla su ve buharfazlarına ayrılmaktadır.

Ayrılan buhar, jeotermal santrallaragönderilerek elektrik enerjisine dönüştürül-mekte, atık su ise diğer ısıtma sistemlerindekullanılmakta veya yeraltına basılmaktadır.Yaş buhar, buhar yüzdesinin ve entalpisininyüksek olması durumunda elektrik üretimiiçin önemli olmaktadır. Yerkabuğununderinlikle- rinden elde edilen kızgın buharsadoğrudan jeotermal santrallara gönderilerekelektrik enerjisine dönüştürülmektedir.

Elektrik üretimi için en elverişlikaynaklar, yüksek sıcaklıklı ve yüksekentalpili kuru buhar sistemleridir. Bunlarınsıcaklıkları 250-380°C arasında değişmekte,çok az nemliliğe sahip buhar, kızgın buharolarak kullanılmaktadır.

1985 yılında yerküre üzerindekijeotermal santrallann toplam kapasitesi 4763MW dolayında bulunmaktaydı. Yapımısürdürülen santrallarla bu güç 1990 yılında9400 MWa çıkmıştır ve 2000 yılında ise72890 MW olması beklenmektedir. Buveriler, jeotermal enerjinin ileride önemli birgüç kaynağı haline geleceğini vekonvansiyonel fosil enerji kaynaklarının


- 151 -

önemli bir kısmının yerini alacağınıgöstermektedir.

3. JEOTERMAL ENERJİNİN ELEKTRİKÜRETİMİ DIŞI KULLANIMI

Isıtma ve soğutma sistemlerinde,jeotermal akışkanlarda kimyasal maddelerinelde edilmesi, tanm sektöründe, seralarda,turizmde ve çok çeşitli alanlarda jeotermalenerjiden oldukça önemli ölçüdeyararlanılmaktadır. Bu tür kullanımlar içindüşük entalpili 25-180°C arasındaki sıcaksuda yeterli olup, bunlar az miktardaçözünür madde içermekte ekonomikderinliklerde yer almaktadır. Bu nedenledüşük entalpili jeotermal kaynaklardan butür enerjinin elde edilmesi kolay ve ucuzdur.Düşük entalpili akışkanlar ısı kaynağı olarakkullanılabildiği gibi yüksek entalpilijeotermal sistemlerde yer alan sıcak sulardabir ısı kaynağı olarak kullanılmaktadır.

Jeotermal enerjinin elektrik dışıkullanım alanları çok yaygın olup, enerjidönüşümündeki etkinliği elektriküretiminden 5-6 kez daha fazladır. Aynca ısıdepolaması, yüksek sıcaklıklı jeotermalsistemlerin yüz katını aşmaktadır. Çünküelektrik dışı uygulamalar için gerekli olandüşük entalpili jeotermal kaynaklar sayı vepotansiyel bakımından çok daha fazladır.

4.JE0TERMAL AÇIDAN DÜNYADAKİDURUM

Jeotermal enerji kuşağı üzerindeolan ülkelerde elektrik dışı kullanımlar hızlaartmaktadır. Elektrik dışı kullanımlar içindünyadaki mevcut duruma bakılacak olursabalneolojik de dahil olmak üzere, toplamkullanım 12000 MWt tır. Bu 4.2x106 ton biryıllık füel-oil tasarrufu ve aynı zamanda da3.36xl013 Cal enerji demektir. Jeotermalenerjiyi ısıtmacılıkta kullanan ülkelerinbaşında İzlanda ve Fransa gelirken, tanm vesulu tanmda Macaristan, Eski Sovyetler

Birliği ve ABD, endüstride İzlanda,balneolojik amaçlı olarak ise Japonyagelmektedir.

Dünyadaki mevcut ısıtma sistemleriile ilgili en iyi örneklerden biri İzlandanınReykjavik şehrinde mevcuttur. Yaklaşık11000 eve ulaşan sistem sayesinde şehrin%90'ı ısıtılmaktadır. Bugün için sistem600-900 MWt veya yıllık 2 milyon tonpetrole eşit enerji tasarrufu sağlamaktadır.Ekonomik olarak Reykjavikin jeotermalenerji ile ısıtılması fuel-oil'e göre %30-40daha ucuzdur. İzlanda yüksek enlemlibölgede olduğundan ürün yetiştirmemevsimide çok kısadır. Çok az güneş almasısebebiyle jeotermal seralar da çokgelişmiştir. Yeni Zelenda'da ısıtma amaçlıjeotermal enerji kulanılmaktadır[2].

S.TÜRKİYE'NİN JEOTERMAL ENERJİPOTANSİYELİ

Türkiye Alo-Himalaya tektoniksiste- minde yer almakta olup genç grabensistemleri ve volkanik aktivıtesiyle önemlibir jeotermal enerji potansiyeline sahiptir.

Jeotermal enerji açısından zenginülkeler arasında bulunan ülkemizde, 1962yılından beri MTA Genel Müdürlüğü'ncesürdürülen sistematik araştırmalar, sıcak sukaynaklannın envanter çalışmalan ilebaşlamıştır. Daha sonra uygun sahalardasürdürülen detaylı etütlerle, özellikle BatıAnadolu'da, Orta Anadolu'da ve DoğuAnadolu'da önemli jeotermal alanlarsaptanmıştır. Ülkemizde elektrik üretimineelverişli kapasite 200 MWe , şehir ve seraısıtılmasına elverişli termal kapasite ise 1420MWt civarındadır. Sahalarda mevcutkaynaklann debileri ve kapasitelerisondajlarla artınlmaktadır[3].

Hazne sıcaklığı 150°C dan fazla olanve yüksek sıcaklıklı jeotermal akışkan eldeedilebilen alanlarda elektrik üretimisağlanmaktadır. Havza bazındabelirlenmemiş olmakla birlikte Türkiye'ninelektrik üretimine elverişli jeotermal


- 152 -

potansiyeli 4500 MW, ısı enerjisine elverişlijeotermal potansiyeli ise 31100 MW olaraktesbit edilmiştir [4].

Türkiye de 1989 yılı itibarıylatüketim gücü yaklaşık 45 MWt olup budeğer yıllık 15 Kton eşdeğeri fuel-oiltasarrufudur [2].

6.MALIYET

Türkiye genelinde şehir ve seraısıtılmasına elverişli 1420 MWt termalkapasitenin yılda 4000 saat kullanımı ileyaklaşık 508833 ton fuel-oil, 800786.88 tontaşkömürü ve 2442400 ton linyit tasarrufuelde edilmektedir.

Şekil 1 de Balıkesir-Gönen dejeotermal enerji ile yapılan ısıtmacılığın diğerfosil yakıtların birim fiyatları ilekarşılaştırması verilmektedir.

Jeotermal

Kömür

Fuel-Oil

Elektrik

um,.İİ60

mmmmmmBSSSSSSBSSS&sassaıaa

'•

f P 102

,' T l15 3 0 4 5 6 0 7 5 9 0 105 120 135 15

1 9 9 0 Ş u b a t B i r i m F i y a t ı T L / k W h

Şekil 1.Jeotermal akışkanın ısıtmacılık dışındaentegre olarak termal turizm amacı ilekullanımı da göz önüne alındığında maliyetidaha da küçük olmaktadır.

Halen jeotermal enerjidenyararlanılarak ısıtılan İzmir-Balçova,Afyon-Ömer, Balıkesir-Havran gibialanlarda da benzer ekonomik durum

Bu nedenlerle jeotermalyararlanma

görülmektedir.kaynak bulunan alanlardanamacı ile talep artmaktadır [4].

7.JEOTERMAL ENERJİNİN GELİŞMEEĞİLİMİ

Dünya jeotermal enerji durumuincelenecek olursa 1989'da 5136 MWişletme kapasitesi ve inşa halinde veya

planlanmış 2000 MW kapasitegörülmektedir. Eğer planlanmış olan butesisler 1995'e kadar işletmeye alınırsa yıllıkbüyüme oranı yaklaşık % 4'dür. Bu büyümehızı ile 2020 yılında yaklaşık 16.000 MWjeotermal işletme kapasitesineulaşılabilinecektir. Şayet büyüme oranı % 6olursa 2020 yılında inşa kapasitesi 26000MWa ulaşabilecek ve 0.85 kapasite faktörüile yılda 47 MTEP yakıt ekonomisisağlanacaktır. Bir başka varsayıma göre % 3büyüme oranı ile bir yıldaki enerji tasarrufu5.5 MTEP ve 2020 yılında 13 MTEP yakıtekonomisine ulaşacaktır [5]. Şekil 2 dedünyada jeotermal gücün yıllara göregelişimi verilmiştir.

«.0

9.3

V

t»

a.a

I.»

£ ' *§'§

f l lALVAOO*TÜ*«İY«

VCKİİKACİN

ItlO JC 40(••IS) İTALYA

'«O W» t»

(İIIUCİ

Şekil 2. Jeotermal Gücün Yıllara GöreGelişmesi

8.SONUÇ VE ÖNERİLER

-Hidrotermal elektirik tesisleri devamlıolarak enerji üretebilmektedirler ve busebeple esas yük veya pik güç üretimtesisleri olarak kullanılabilirler. Bir çokdurumda bunları temel yük ihtiyaçlarınıkarşılamak üzere kullanılması dahaekonomik olacaktır.-Jeotermal enerji teknolojisi az bir harcamailavesiyle ek kapesiteler sağlamak şeklindeönemli esneklik ve modularite sunmaktadır.


- 153 -

Tesislerin ömürleri diğerlerine göre 1-2 yıldaha kısadır.-Hidrotermal enerji üretimi (kurubuhar,flaşçevrimi ve binary çevrimi) tercih edilenekonomiyle yaklaşık 20 ülkede ticari olarakkullanılmaktadır.-En ekonomik yol hidrotermal enerjinindirekt kullanımıdır.-Problem, kaynağın kullanıcıların yakınındabulunabilmesidir.-Bu pazarda sürekli bir artış vardır.-Havanın temizliği için enerji fiyatlarına %15-20 oranında ki teşvikler, joetermalenerjinin kullanımına % 4.7 ile % 7 arasındabir artış oranıyla en azından % 50'lik bir artışsağlayacaktır.-Sıcak kuru kaya , basınçlı zonlar vebunlarda yer alan komplex işlemlerinanlaşılmasındaki gelişmeler yeni potansitelkaynaklarıyla sonuçlanabilir.-Halen ilk baştaki deneysel safhada bulunanmagma geleceğin bariz bir kaynağı olarakgörülmektedir.

KAYNAKÇA

[l]Renewable Energy Sources,"Opportunies and Constraints", 1990-2020.

[2]WEC Türk Milli KomitesiKonferans Kitapları, 1991, Ankara.

[3]WEC/Dünya Enerji Konseyi TürkMilli Komitesi 1992 Enerji Raporu,Aralık1993, Ankara

[4]Türkiye 5.Enerji Kongresi,"Enerjiİstatistikleri", 1990, Ankara.

[5]Energy Prices and Taxes, 1990,UEA.

ÖZGEÇMİŞLER

Prof. Dr. İrfan Güney

1957 "de İstanbul'da doğdu. 1979İ.D.M.M.A Elektrik fakültesi ElektrikMühendisliği bölümünden mezun oldu. 1983İTÜ Elektrik Mühendisliğinde yükseklisansını tamamladı .1980-1987 arasındaTEK 'de mühendis ve şef mühendis olarakçalıştı. 1987 Marmara Üniversitesi Elektriktesisleri bölümünde doktarasını tamamladı.1988 'de Marmara Üniversitesi TeknikEğitim Fakültesi Elektrik bölümündeçalışmaya başladı. 1989 'da Elektrik bölümübaşkanı ve 1994 ' de aynı fakültede dekanyardımcısı oldu. 1995 'de Profesörlükunvanını aldı.

Arş. Gör. Ümit Kemalettin Terzi

17.04.1968 tarihindeZonguldak'ta doğdu.İlk öğrenimini ÖzelYayla İlkokulu veBahçelievlerİlkokullarında, OrtaÖğrenimini ise 27Mayıs Ortaokulu ve

Zonguldak Endüstri Meslek Lisesi ElektrikBölümünde tamamladı. 1985 yılındaMarmara Üniversitesi Teknik EğitimFakültesi Elektrik Eğitimi Bölümünükazandı ve bu okuldan 1989-1990döneminde mezun oldu. Aynı yıl MarmaraÜniversitesi Teknik Eğitim FakültesindeAraştırma Görevliliğine başladı. 12 Mart-12Aralık 1991 tarihleri arasında II.EndüstriyelProje kapsamında Amerika BirleşikDevletlerinde bulundu. Halen MarmaraÜniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsündedoktora programına devam etmektedir.


- 154 -

elektrİk mÜhendİslİĞ 6. ulusal kongresİ · Üç ayrı ciltte toplanan bildirilerin,...

Documents