enerji iletim hatlarında kullanılan iletim parafudrları için kullanılan

ENERJĐ ĐLETĐM HATLARINDA KULLANILAN ĐLETĐM PARAFUDRLARI ĐÇĐN
KULLANILAN TERĐMLER ve UYGULAMALAR
Geri Atlama (Backflashover ) :
Yıldırım enerji iletim hatlarında kullanılan koruma iletkenine veya direğin direkt üzerine
düştüğü zaman oluşur. Yıldırım deşarj akımı direkten ve direğin toprak direnci üzerinden
toprağa akar. Hattın izolasyonuna karşı potansiyel bir fark üretir. Böyle durumlarda enerji
iletim hattının izolasyon dayanma gücünü aşan ani (hızlı) bir aşırı gerilim oluşur. Özellikle
direklerin topraklama direnç değerleri yüksek ise backflashover (geri atlama) çok yaygın
oluşur.Bu yüzden direklerin topraklama dirençlerinin yüksek olmaması ve zaman zaman
ölçüm yapılarak kontrol edilmeleri önemlidir.
Çift Devre Hatlar (Compact Lines ) :
Az yer kaplayan Compact direkli çift devre E.Đ.H’larında normal hatlara göre aynı gerilim
seviyesinde işletme yapılsa bile fazlar arası ve faz-toprak arası izolasyon seviyesi düşer. Çift
devre E.Đ.H’larında hat parafudru kullanılarak daha az maliyet ile daha yüksek izolasyon
seviyesi sağlanabilmektedir.
Kuplaj Faktörü
(Coupling Factor ) :
Birbirine paralel giden hatlarda veya çift devreli hatlarda paralel iletkenlerin birbirine etkisi
ile oluşan gerilim darbesini içeren bir orandır. Bir başka deyişle Paralel hatlarda,
iletkenlerdeki dalgalı gerilimin, bir faz iletkenindekine oranıdır. Bu faktör faz iletkeni ile
toprak arasındaki geometrik ilişkiyle belirlenir. Genellikle yaklaşık olarak 0,25 gibi bir değer
kullanılır.
Enerji Yeteneği
(Energy Capability ) :
Parafudr ısıl kararlılık sorunu ve herhangi bir hasar olmaksızın bir veya daha fazla sayıda
yüksek gerilim dalgasının enerjisini emebilmelidir.
Atmosferik Seviye , Orajlı Gün Sayısı
(Isokeronic Level ) :
Herhangi bir bölgede, bir yıl içersinde gök gürültülü ve şimşekli gün sayısını (orajlı gün
sayısı ) ifade eder. Bu veri, kullanılacak parafudr tipini ve sınıfını belirlemede kullanılan
önemli bir kriterdir.
Koruma Đletkeni
(Shelding ) :
Faz iletkenlerini ve elektrik sistemini yıldırımın etkilerinden korumak için direğin tepesine
direğin gövdesiyle irtibatlı olacak şekilde koruma iletkeni tesis edilir.
Koruma Đletkeni Açısı
(Shelding Angle ) :
Faz iletkeni ile koruma iletkeni arasında etkin bir koruma için 20 - 300 açı olmalıdır.
Đletim Hattı Parafudru
(Transmission Line Arrester ) :
Özellikle uzun ve yıl içinde bir günde çok fazla sayıda yıldırım düşen bölgelerde enerji iletim
hatlarının faz iletkenlerine bağlanacak şekilde parafudr kullanılır. Buralarada kullanılan
parafudrlara Đletim Hattı Parafudru denir.
1
Direğin Temel Empedansı
( Tower Footing Đmpedance ) :
Direğin topraklama direnci, yıldırım düşmelerinde direkte oluşan gerilim için önemlidir.
Topraklama direncinin yüksek olması, yıldırımın düştüğü anlarda backflashover
( geri atlama ) oluşma ihtimalini ve riskini artırır.
Yürüyen Dalgalar
( Travelling Waves ) :
Yıldırım 2 faz iletkeni arasına düştüğü zaman yüksek bir akım dalgası faz iletkeni içine
enjekte olur. Akım ve gerilim dalgasına bölünerek yıldırımın düştüğü yerden her 2 yönde
çoğalarak 300 m / µs hızla, büyüklüğü darbe akımı ve hat empedansına bağlı olarak hat
ucunda bulunan Trafo Merkezine doğru yürür.
Hattın Kullanılabilirliğini Artırmak Đçin Parafudr Uygulaması :
( Đncreased Line Availability)
Parafudrlar, koruma iletkeni olan veya olmayan Enerji Đletim Hatlarını yıldırım
dalgasından(darbesinden) korur ve dolayısıyla oluşabilecek zayiatları önler. Parafudrlar
zayiatların azalmasının yanı sıra dolaylı faydalarda sağlar. Koruduğu değerli ve hassas
cihazların zarar görmesini önler, kesicilerin kontrol ve bakım aralığını uzatır ( artırır), böylece
toplam bakım maliyetlerini azaltmış olur. Parafudr makul enerji absorbe yeteneği nedeniyle
nerede anormal koşullar ve gerilim yükselmeleri oluyor ise tüm sistem gerilimleri için
kullanılabilir.
Enerji Đletim Hattı Parafudrlarının seçiminde gereken en önemli şey, yüksek akım yeteneğine
sahip olmasına dikkat edilmesidir. Enerji iletim hatlarında dağıtım tipi parafudrların kullanımı
uygun değildir.
Uzun E.Đ.H’larında parafudr, genellikle hattın her 2 ucunda tesis edilir. Đlave olarak hattın
bir veya daha çok noktalarında, hattın (½) ortası, 1/3 veya 2/3’üncü noktalarında da
anahtarlama aşırı gerilimlerine karşı tesis edilir. Böylece hattın izolasyon şartları ön dirençler
kullanılmaksızın sınırlandırılabilir. Bu türden uygulamalarda yüksek enerji yeteneğine sahip
parafudrlar dizayn edilir.2 veya 3 sınıfı parafudrlar genellikle verimli bir şekilde hattın
ortasında veya diğer noktalarında kullanılır. Ancak hattın uçlarında sınıfı daha yüksek
parafudrlar yer almalıdır.
E.Đ.H’larının Đzolasyon Seviyesini Yükseltmek (Line Upgrading ) :
E.Đ.H’larının var olan izolasyon seviyesi, uygun parafudrlar kullanıldığı zaman yükselecektir.
Bunun için ilave çok fazla masraf yapmaya gerek olmayacaktır.
Trafo Merkezi Koruma Seviyesini Genişletmek ( Extended Station Protection ):
Trafo Merkezine yakın direklerde parafudr kullanılması ile geri atlama (backflashover) olma
riski ortadan kalkar. Yıldırım düştüğü anda Trafo Merkezine doğru yürüyecek dalganın
büyüklüğü ve dikliği azaltılmış olur. Böylece büyük GIS Merkezlerinde kullanılan MetalEnclosed parafudrlara gerek kalmaz ve Trafo Merkezi içindeki trafoların ve reaktörlerin
önünde kullanılan parafudrların koruma performansı daha da gelişir ve iyileşir.
2
Parafudrların Koruma Đletkeni Yerine Geçmesi ( Substitute for Shield Wires ):
Bu durumlar, koruma iletkeni montajının zor ve pahalı olduğu haller ile 2 faz iletkeni arasının
çok uzun olduğu yüksek direkler için geçerlidir. Böyle durumlarda koruma iletkeni yerine
parafudr kullanımı iyi ve ekonomik bir çözümdür. Parafudrlar koruma iletkeni olmadan ve iyi
topraklama empedansı aranmadan her direkte ve her fazda kullanılabilir. Böyle durumlar için
koruma iletkeni ve topraklama empedansını azaltmak için yapılan masraflardan daha
ekonomik olduğu kanıtlanmıştır.
E.Đ.H KORUMA FĐZYOLOJĐSĐ HAKKINDA
Şekil–1:Đletim Hattı Parafudr Uygulama Prensip Şeması
Şekil-1: E.Đ.H’larının ara noktalarında kullanılan iletim hattı parafudr ile yıldırım darbesi
oluştuğunda aşırı genliğe sahip yürüyen gerilim dalgasının hattın uçlarına kadar ulaşmaması
için yapılan uygulamaların prensip şeması gösterilmektedir.
3
Şekil–2: Hattın izolasyon seviyesini iyileştirilmesine etkisi
Şekil -2: Yüksek toprak direncine sahip bir E.Đ.H uzunluğu (mesafe aralığı) boyunca
kullanılan iletim hattı parafudrun etkisi gösterilmektedir. Hattın temel izolasyon seviyesi
(BĐL) yeşil renk ile gösterilmektedir. Sadece 3 ve 7 nolu direkler arasında iletim hattı
parafudru kullanılarak hatta kullanılan izolatörlerde p.u cinsinden gerilim değeri 11’li
rakamlardan 4 pu gibi oldukça düşük rakamlara indiği görülmektedir.1,2,8 ve 9 nolu
direklerin toprak geçiş direnci yüksek,3,4,5,6 ve 7 nolu direklerin toprak geçiş dirençleri ise
düşüktür.
4
Şekil–3: Aşırı Gerilimin Düşürülmesine Etkisi
Şekil–3: 550 kV, 200 km uzunluğundaki E.Đ.H’nın Faz – Toprak hatası oluşumundan önce 3
faz tekrar kapamadan dolayı oluşan faz-toprak aşırı gerilimine ait bir grafiktir.
Çok yüksek gerilimli uzun enerji iletim hatlarında genellikle anahtarlama aşırı gerilimlerini
sınırlamak için ön eklemeli dirençler kullanılır. Parafudrların, hattın uçlarında (TM’lerde hat
fiderlerinde ) ve hattın önceden seçilmiş ara bölümlerinde kullanılması durumunda daha
sıhhatli ve verimli bir işletme sağlanır. Şekil-3’de verilen grafikten görüleceğe üzere hattın
her iki ucunda ve hattın ara bölümlerinde parafudr kullanılması durumunda yani mor renkli
durumda yıldırım düşmesi veya anahtarlamalar esnasında oluşan aşırı gerilimler hiç parafudr
kullanılmamış hali temsil eden kırmızı renkli duruma göre oldukça azalmaktadır. Bu sayede
yerli yersiz meydana gelen açmalar ortadan kalkmakta, aşırı gerilimlerin izolasyonu bozması
nedeniyle oluşan hasarlanmalar ise minimum seviyeye düşmektedir. Kesintilerin azaldığına
dair açıklayıcı bilgi Şekil-4’de verilmiştir.
5
Şekil -4: Kesintilerin Azaltılmasına Etkisi
Şekil-4 : Uzun Mesafeli Yüksek Gerilimli veya Çok Yüksek Gerilimli Enerji Đletim
Hatlarında Đletim Hattı Parafudr ( TLA) kullanılması veya kullanılmaması durumunda
oluşan kesinti yüzdelerini göstermektedir.
Şekil-4’deki grafikten kolayca anlaşılacağı üzere Enerji Đletim Hatlarının uç noktaları olan
Trafo Merkezlerinde ve özelikle uzun hatların ise seçilmiş uygun ara bölümlerinde Đletim
Hattı Parafudru kullanılması durumunda kesintiler oldukça azalmaktadır. Alternatif-2
koşullarının uygulanması durumunda dış ve iç aşırı gerilimler nedeniyle oluşan kesintiler %5
gibi oldukça düşük değerlere düşmektedir.
6
ĐLETĐM HATTINDA PARAFUDR UYGULAMALARI
Şekil- 5: Taşıyıcı Direklerde Tipik Uygulama Örnekleri
Şekil – 6: Durdurucu Direk Üzerinde Kullanımı
7
Şekil – 7: E.Đ.Hattına Ait Đletken Üzerinde Kullanımı
AVANTAJLARI :
•
•
Ayırıcı gerekmez ,
Nominal Gerilimi Düşük Parafudr
kullanım imkanı,
DEZAVANTAJLARI:
•
•
•
•
•
•
•
Her bir direk için özel dizayn
gerektirir,
Đzolasyon Koordinasyonu zordur,
Enerji paylaşımı tahmin edilemez,
Anahtarlama aşırı gerilimlerini
kontrol edemez,
Kirliliğin etkileri ön görülemez,
Parafudr arızasını öğrenmek için
uyarıcı bir sinyal devresine
ihtiyaç vardır,
Tekrarlayan kısa devrelerde zayıf
nokta oluşturur.
Şekil – 8: Taşıyıcı Direkte Harici Gap Đle Kullanımı
Şekil-8 ‘de verilen harici gap uygulamalı Đletim Hattı Parafudr tesis ve işletmesinin bir
çok dezavantajlı noktası vardır. Bu yüzden yaygın olarak kullanılmaz.
8
Türkiye’nin Atmosforik Seviye Bakımından Değerlendirilmesi :
Türkiye atmosforik seviye açısından dünyanın diğer bölgeleriyle karşılaştırıldığında şanslı
sayılabilecek durumda olan bir ülkedir.Dünya yıldırım haritası dikkatlice incelendiğinde
Afrika’nın orta kısımları ile Güney America’nın orta kısımlarında yıl içersinde bir günde
140- 200+ üzerinde yıldırım düştüğü görülür.Avrupa ile Asya’nın arasında kalan Türkiye ve
yakınındaki ülkelerde ise bir yıl içersinde 20-39 gibi sayılarda Orajlı gün ( gök gürültülü
şimşekli gün sayısı) oluşmaktadır.Bu bakımdan konu değerlendirildiğinde ülkemizin çok da
sıkıntılı bir durumda olduğunu söyleyemeyiz.
Şekil-9 : Dünya Yıldırım Haritası
Ancak Devlet Meteoroloji Đşleri Genel Müdürlüğü’nün 1975 – 2006 yılları arasında yaptığı
ölçüm verileri değerlendirildiğinde Dünya Yıldırım haritasında 20-39 olarak belirtilen orajlı
gün sayısının üzerinde, Orajlı günlere sahip (gök gürültülü ve şimşekli günlerin) bölgelerin
var olduğu görülmektedir. 1975- 2006 yılları arasındaki ölçüm verileri temin edilerek yapılan
çalışma ile aşağıda Şekil-10’da verilen özet tablo hazırlanmıştır.
9
Şekil –10 :Bir yıl içinde bir gündeki orajlı ( gök gürültülü ,şimşekli gün sayısı) gün
sayılarının işlenmesi sonucu elde edilen özet durum.
Türkiye’de bir yıl içinde bir güne ait orajlı gün sayısına ait (gök gürültülü ve şimşekli gün
sayısı) ham veriler 1975 -2006 arası yılları kapsayacak şekilde temin edilerek anlamlı bir şekil
alacak şekilde işlenmiştir. Temin edilen datalar üzerinde yapılan incelemeler neticesinde orajlı
gün sayısı açısından bir puanlama yapılmış ve Şekil-10’da verilen özet tablo oluşturulmuştur.
Şekil-10’da Tabloda belirtilen Trafo Merkezlerine veya Santral Şalt sahalarına bağlantılı olan
hatlarda Đletim Hattı Parafudru kullanılması ile, bu bölgede ve genelde elektrik sisteminde
gerek dış aşırı gerilim diye ifade ettiğimiz yıldırım kaynaklı problemler ile, gerekse iç aşırı
gerilim diye ifade ettiğimiz anahtarlamalar esnasında oluşan aşırı gerilimlerin oluşturacağı
olumsuzlukların minimum düzeye ineceği düşünülmektedir.
Sonuç olarak ;elektrik iletim sisteminde iletim hattı parafudru kullanılması durumunda
kazanılacak faydaları irdelemek ve uygulama alanlarının nasıl seçileceği , nelere dikkat
edilmesi gerektiği konusunu dikkatlerinize sunmak için hazırladığım bu çalışmayı makale
köşesinde sizlerle paylaşmak istedim.
Yener AKKAYA
APK Dairesi Bşk.
10