ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ 6. ULUSAL KONGRESİ · o \ s o z TMMOB Elektrik Mühendisleri Odası, Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Elektronik Mühendisliği

$Page 1: ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ 6. ULUSAL KONGRESİ · o \ s o z TMMOB Elektrik Mühendisleri Odası, Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Elektronik Mühendisliği$
ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ6. ULUSAL KONGRESİ

11 -17 Eylül 1995BURSA

• TMMOBELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI

ULUDAĞ ÜNİVERSİTESİMÜHENDİSLİK MİMARLIK FAKÜLTESİELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

TÜBİTAK

ISBN : 9 7 5 - 3 9 5 - 1 5 4 - XB a s k ı :

KARE AJANS & MATBAACILIKLitrosyolu, 2. Matbaacılar Sanayi SitesiC Blok No : 4 NC 25 Topkapı - istanbulTel : (0212) 544 09 79 - 544 92 85

o \ s o zTMMOB Elektrik Mühendisleri Odası, Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık 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, Mikrodalga Enerjisinin Endüstriyel Uygulamaları, BilgiToplumu ve Internet, Elektrik-Elektronik sanayinin Gelişiminde Ar-Ge'nin Önemi, Nükleer GüçSantrallerinin İşletmesindeki Teknik Sorunlar ve Çevre Konulu çağrılı bildirilerle konuların

, tartışılacağı, 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 teknolojikçalışmalanna 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 arkadaşianmıza destek ve katkıları için teşekkürediyorum.

Prof.Dr.Ali OKTAYYürütme Kurulu Başkanı

ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ 6. ULUS ALKONGRESİ

YÜRÜTME KURULU

Prof. Dr.Ali OKTAY (U. Ü. - Başkan)Prof.Dr.Ahmet DERVİŞOĞLU (İTÜ)Prof.Dr.R.Nejat TUNCAY (İTÜ)Teoman ALPTÜRK (EMO Başkanı)Faruk KOÇ (EMO Bursa Şube Başkanı)Haluk ZONTUL (EMO Yön.Kur. Üyesi)Ömer ADIŞEN (U.Ü.)EmirBİRGÜN (EMO-Bursa Şube Yön.Kur.Yazman Üyesi)Sevim OZAK (EMO-Bursa Şube Yön.Kur. Üyesi)Yakup ÜNLER (EMO-Bursa Şubesi)Osman AKIN (EMO-Bursa Şubesi)H.İbrahim BAKAR (EMO-Bursa Şubesi)

TMMOBELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASIBURSA ŞUBESİ YÖNETİM KURULU

BaşkanBaşkan Yrd.YazmanSaymanÜyeÜyeÜye

: Faruk KOÇ: İsmail Yalçın AKTAŞ: Emir BİRGÜN: Bahri KAVİLCİOĞLU: Sevim ÖZAK: Tuncay HIZLIOĞLU: Cem ÖZKAN

TMMOBELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASIBURSA ŞUBE GÖREVLİLERİ

Kemal ERTUĞRAN : Kongre-Fuar Sorumlu MühendisiKemal KARAKAŞ : Proje Denetim ve Test MühendisiRaziye BEĞEN : Sekreterya SorumlusuMeliha DEMİR : Muhasebe GörevlisiHüseyin GÖK : Şube Görevlisi

SOSYAL ETKİNLİKLER KOMİSYONU

İnci BECEREN Gülsemin GÜNEŞSabiha CESUR Muvaffak KARAHANBekir DAĞLAROĞLU Önder 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)• CERİD Ömer, 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)-OKTAYAli, 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)- SANKUR 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.(İTÜ)- 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 ibrahim (EMO Adana Şube)- ATEŞ Mustafa (TEDAŞ)- AVCI M.Naci (Organize Sanayi Bölgesi)- BAYKAL Faruk (Nilüfer Belediye Başkanı)- BERKOĞLU ismail (PTT Bölge Başmüdürü)- BOZKURT Yusuf (MEES)- BİRAND Tuncay (ODTÜ)- CANER 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 -

.-.?> ' s: :~. o /

DİAKOPTİCS: ÜÇ-FAZLI, SİMETRİK VE DENGESİZYÜKLÜ SİSTEMLERİN ANALİZİ

Adnan KAYPMAZ, Ömer GÜLİ.T.Ü. Elektrik Elektronik Fakültesi

Elektnk Mühendisliği Bolumu

Özet: Bu çalışmada, büyük boyutluşebekelerin analizinde, faydalı bir yöntemolduğu bilinen, diakoptics in kısa devreanalizlerine uygulanması gerçekleştirilmiştir.Bu amaçla şebeke, önce bazı baralanndan.parçalanmak suretiyle daha küçük alt-şebekelere ayrılmakta, daha sonra bu altşebekeler çözülmekte ve son adımda buçözümlerin yardımı ile verilen büyük boyutluşebekelrin çözümü elde edilmektedir.

1. Giriş: Bu çalışmada "Parçalama ve Yeni-den Birleştirme Yöntemi (Diakoptics)" ninbüvük bov-utlu şebekelerdeki kısa devreanalizine uygulaması ele alınmıştır. Bilindiğigibi enerji sistemlerinin üç-faziı analizinde,baralann. üç-fazlı olması nedeniyle şebekeboyutu da üç kat büyümektedir. Bu ise.büyük bov-utlu şebekelerin analizinde ortayaçıkan

A..\=b (1)biçimindeki denklem takımında A matrisininzaten büyük olan bov-utunun üç misli dahabüyümesi anlamına gelmektedir. Bu büyükboyutlu A matrisinin tersinin alınması içinliteratürde çeşitli algoritmalar geliştirilmiştirL. 2 . 3 . 4/. 5'.

Bilindiği gibi simetrik, üç-fazhdengesiz >1iklü şebekelerin analizinde buboyut zorluğunu yenmek üzere, simetrilibileşenler yöntemi kullanılmakta ve üç-fazlışebekeler birbirinden bağımsız, doğru, tersve sıfır bileşen devreleri biçiminde bir-fazlı.üç ayrı bileşen devresi olarakmodellenmektedir. Bu doğru, ters ve sıfırbileşen devrelerinin birbirinden bağımsızoluşu, analiz sırasında ortaya çıkanmatrislerin boyutunu üçte bir oranındaküçültmekte, ve bir-fazlı analiz sırasındaortaya çıkan şebeke boyutlarına çekmektedir.Buna rağmen bu analizde yine de bu boyutta

üç ayn matrisin kullanılması kaçınılmazolmaktadır 1 . 6 . 7 .Bu durumda bile. büyük boyutlu şebekelerinanalizinde ortaya çıkan doğru, ters >e sıiırbileşen devrelerinin bovutlan bara sav ısınabağlı olarak büviik olmaktadır ve çözümdebir takım zorluklar ortaya çıkmaktadır. Devreteorisinden çok iyi bilinen, çok-uçlu elemankavramı ve Parçalama ve YenidenBirleştirme (Diakoptics) yönteminin, simetrikve dengesiz vüklü. üç-razlı sistemlerinanalizinde kullanılması simetrili bileşendevrelerinin daha küçük hovurta matrislerkullanılarak verilebilmesine ve bu yolla dahauygun çözümler elde edilmesine olanaksağlamıştır 4 . 5 .

2. Yöntem:Kısa devre olayları sonucu ortaya çıkandengesiz vüklü sistemlerin analizindekullanılan simetrili bileşen devrelerine ilişkinbara empedans matrislerinin eldesi için. çok-uçlu eleman kavramı ve diakoptics yönteminuygulamasına ilişkin algoritma aşağıdaverilmiştir:1. Adımda, verilen üç-fazlı şebeke, bazıdüğümlerinden, düğümlerden parçalamayöntemi ile. parçalanarak daha küçükbovTitta alt-şebekelere ayrılmaktadır.2. Adımda, bu alt şebekelerin her birine aitdoğru, ters ve sıfır bileşen devreleri bir çok-uçlu eleman olarak her bir elemanın simetrilibileşen değerlerinden hareketle. devreteorisinin bilinen kuralları kullanılarak, şekil1 de verilen hiçimde modellenmektedir 2 .3 . 4.. 5 .

Burada m alt sistem sayısını göstermektedir.(m=1.2 n)


- 203 -

a.

! v m v m ,ı i II M : ı

V k m

b.Şekil La. Çok-uçlu elaman ve uç graiı

b.Uç denklemleri

3. Adımda, her alt-sebeke için elde edilmişolan. doğru. ters. ve sıfır bileşenler orjinalde\Tenin. parçalama yapılmadan öncekibağlantı biçimine bağlı kalarak, kendiaralarında birleştirilmekte, böylece orjinalşebekeye ilişkin bileşen modellerine ait baraadmitans matrisleri (3) bağıntısında verildiğibiçimde spaıse olarak elde edilebilmiştir.

Y-:

V J ; v-ıı

(3)

Burada blok diagonal band matris biçimindeelde edilmiş olan bara admitans marislerininliteratürde mevcut yöntemle terslerininalınması yoluyla kısa devre analizindekullanılacak olan doğru, ters ve sıfır bileşenempedans matrisleri daha küçük matrislerinterslerinin alınması yolu ile kolayca eldeedilmektdir 2,. 3 .

3. Kısa devre analizi

Kısa devre analizi için literatürde kullanılanalışıla gelmiş yöntem için venlen denklemlerkullanılmıştır. Bu denklemler şebekehatasının olduğu kabul edilen p barasındakihata akımı için.

F o.ı.: 4 1

biçiminde.hatalı p barasının gerilimi için.

_.u.:^7o.ı.:'—• u ı F ı Z - F -z; ^-- 4.2

Opp

biçiminde ve p harasının dışındaki haraların2eıılimleri için

•poj.2 _ pJJ.- _ yO.ı.: • ytı.i.;_^ -7.J. 1.2

4.3şeklinde ifade edilmektedir. 6Kısa devre analizi için yapılan.- Her bir makina bir gerilim kaynağı ve onabağlı bir reaktansla gösterilimi.- Yüklerin sabit empedans olarak kabulü.- Tüm transformatörler nominal çevirmeoranında olduğu.- .\nza öncesinde rtim haraların gerılimlen-riin 1 p.u. değerinde ve akımlarının sıfırolduğu.- Pozitif ve negatif sistemlerin eşil olduğugibi kabuller bu çalışmada da yapılmıştır.

4. Önerilen Yöntemin Örnek SistemeUygulanması:

Literatürde verilen 14 baraü ve 22 elemanlıbir örnek sistemin önerilen vöntemle çözümüyapılmıştır Sistem 8. ve 9.barklardan düğümlerden parçalama yöntemikullanılarak iki alt sisteme ayrılmıştır, şekil 2de verilen örnek şebekeye ilişkin verilerliteratürden aynen alınmıştır 7 .Örnek şebekenin kısa devre analizi, önerilenyöntemle elde edilen simetrili bileşen baraempadans matrisleri ve üçüncü bölümdeyapılan kabuller altında verilen denklemlerinkullanılması ile yapılmıştır. Yapılan bu analizsonucunda, şebekenin 2 numaralı barasındaüç-fazlı metalik bir kısa devre olmasıdurumunda haralara ilişkin elde edilen


- 204 -

Tablo 1.2: Bara Gerilimleri

© -

1 («'

-®

« « I » 1

Şekil 2. Örnek Şebekenin BaralardanParçalanması

akımlar tablo 1.1 de. 2 'oarasındaki üç-tazlıkısa devTe için de tüm baralann gerilimleritablo 1.2 de verilmiştir. Ayrıca faz-toprakmetalik kısa devre olması durumunda da tümharalara ilişkin elde edilen akımlar tablo 1.3de verilmiştir.

Tablo l.l:Üc-fazlı kısa devre akımları

Bara No:

1

-)-ı

4

>

6-T

8

9

10

11

12

13

14

p.u.

10x9022

8.3733

9.0843

2.9579

6.2700

S. 2 560

17.3634

8.4167

3.0684

8.4176

106.9348

107.1583

11.7965

11.7104

Açı

-89.0121

-86.9149

-72.1507

-58.4068

-83.2996

-73.1903

-81.1103

-86.5872^

-57.4915"

-86.5836

-88.6994

-88.6370

-72.6286

-73.6258

Bara No: p.u.

891011121314

0.92540.00000.96180.43150.86310.9685Ü.93781.00121.00141.00151.00121.00150.98010.9840

-0.000360.00000

-0.00042-0.09089-0.09088-0.01312-0.026170.000970.000770.000570.000980.00056

-0.00053-0.00697

Tablo 2: Faz-toprak Kısa Devresi Akımları

Bara No:

1

->

3

4

6

/

8

9

10

11

1213

14

p.u

39.9335

8.5015

5.0356

2.5983

6.9265

4.0041

5.0118

5.3900

2.0061

5.8537

46.5596

38.3279

5.7955

5.3775

Açı-88.4475

-88.5367

-75.3496

-62.7775

-85.1997

-75.8163

-78.1049

-86.3721

-58.5697

-85.0160

-88.0857

-87.8541

-79.3839

-80.1707

5. SonuçlarÖnerilen vöntede diakoptic'in kullanılmasıylaters alma işleminde sağladığı avantajlar veparalel hesaplama yöntemine uygunluğuliteratürde gösterilmiştir 2.. 3 . Buradaşebekenin, simetrili bileşenlere ayrılması ileA matrisinin boyutu üç kat azaltılarakbilgisayar çözüm süresi ve bellek ekonomisiproplemi gibi sıkıntılar azalmakta ve ayrıcaher bileşen ile ilgili hesapların ayrı aynyapılmasında bir sakınca olmadığındanparalel hesaplama açısından da uygun birvöntem verilebilmektedir..


- 205 -

Yöntemin. kısa devre çalışmalarındakullanılmak üzere örnek bir şebekeyeuygulaması ile elde edilen sonuçların,literatürde verilen orjinal şebekeninparçalanmamış haldeki sonuçlarıyla aynıolduğu görülmüştür 4\

Kaynakça[ 1; J.Arrillaga, C.P. Arnold, Computer

Modelling of Electrical PovverSystems,John Wiley & Sons, New-York.1983.

[2] A.Kaypmaz, Y.Tokat, Ö. Usta,"Diakoptics-A Parallel ProcessingApproach for The Analysis of Large-Scale Povver Systems. İEEE 7thMediterranean ElectrotechnicalCoference, pp 1069-1072, 1994

" 3; A. Kaypmaz, Elektrik ŞebekelerininÇok-uçlu Eleman Kavramı Yardımıile İncelenmesi. (Doktora Tezi),İ.T.Ü. Müh. Mim. FakültesiMatbaası, İstanbul, 1981

14 ] El-M. Magdy, "A DiakopticalTechnique for Short Circuit Studiesof Large Size Power SystemNervvorks", Electric Machines andPovver System Netvvorks. Vol 21,Num.6, İ 993.

[ 5 • Ö. Gül, Büyük Boyutlu ŞebekelerinDiakoptics Yöntem ile Kısa DevreAnalizi, (Y.Lisans tezi). 1995.

[6] G.\V. Stag. A.H. El-Abiad,Computer Metohods in PovverSystem Analysis, McGravv-Hill.1968.

.1] P.M.Anderson. Analysis of FaultedPovver Systems. The Iovva StateUniversty Press. 1973.

: 8 ] Y. Tokat. Devre Analizi DersleriKısım II, İ.T.C. Müh. Mim. Fak.Yayınlan 120, İstanbul,1977.

Adnan Kaypmaz.1944 yıhnda Erzincanda doğdu. Ortaöğrenimini Erzincan'da tamamladıktansonra 196 V de girdiğiİ.T.ÜElektrik Fakülte-sinden 1972'deYüksek Mühendis

olarak mezun oldu. !977'de başladığıdoktara çalışmalarını 1980?de tamamladı.1984-1986 arasında ABDde İllinoisÜniversitesi'nde misafir profesör olarakbulundu. 1988'de Doçent olan AdnanKaypmaz, halen İ.T.Ü. Elektrik-ElektronikFakültesi Elektrik Mühendisliği BölümüElektrik Tesisleri Anabilim Dalındakigörevine devam etmektedir.

1970 yılındaKozan'da doğanÖmer GÜL ilk veorta öğreniminiAdanada tamamladı.1991 yılında .T.Ü.Elektrik ElektronikFakültesi Elektıik

Mühendisliği bölümünden mezun oldu. 1995yılında İ.T.Ü Fen Bilimleri Enstitüsündeyüksek lisans öğrenimini tamamladı. Yineaynı yıl doktara öğrenimine başladı. 1992yılında beri İ.T.Ü. Elektrik Tesisleri.Vnabilim Dalında .Araş. Gör. olarakçalışmaktadır.


- 206 -

ENERJİ İLETİM SİSTEMLERİNDE YÜK AKIŞININ OLASILIKYAKLAŞIMIYLA HESAPLANMASI

Ertan YANIKOĞLUSakarya Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

Esentepe Kampusu SAKARYA.

ÖZET: Bir enerji iletim sisteminin işletmesive planlamasında, sistemin çalışmasını veyaamaçlanan güvenliğini değerlendirmek içinyük akışı gereklidir. Deterministık yöntemlerkullanarak sistem durumunu doğrudeğerlendirmek için, üretim ve yüklerin olasıtüm kombinasyonları için hesap yapmakzorunlu olacaktır. Bu çalışmada olasılıkbağıntıları yardımıyla sistemdeki yük akışınıhesaplayan bir teknik sunulmaktadır. Örnekbir güç sistemi için olasılık bağıntıları ile yükakışı analizi yapılmıştır.

1- GİRİŞ:

Burada problem yük venlenndekiaşağıda verilen belirsizlikten kurtulmaktır.a) Ölçme hatası veya tahmin belirsizliğib) Yükün bilinmesi veya belirli limitlerdekabulü, c)Programsız devredışı kalmalar İM.Yukarıdaki ve diğer sebepler için yük kesinolarak bilinmez fakat onun değeri yerineoluşma sıklıkları verilir. Yük akışıçözümünün tam metodları yük için özeldeğerlere gerek duyar ve her değer değişimiyeni bir çözüme gerek duyacaktır. İşletmeve planlama problemleri , yani sistemyapısının güvenilirlik değerlendirmesi veyailetim şebekesinin dizaynı için, yükdeğerlerinden hat akışlarını değerlendirmekzorunludur. Pratik problemler için,yüklerdeki her değişim için tek tek yük akışıyapmak aşağıdaki sebeplerden dolayızordur.

a) Hesaplamaların fazlalığı, N düğümlü veherbır düğümde k farklı yük değerine sahip

şebekeler için, k^ sayıda yük akışıgereklidir, b) Böyle birçok yük akışısonuçlarını analiz etmek zordur /I/.Zorlukların üstesinden gelmenin pratik biryolu, yük değişiminin sınırlanmış miktarınıseçmektir. Sonuçlar kısmı bilgiye dayanırve bundan dolayı onlar gerçekçi değildir,olasılık ölçümünü içermez. Bu çalışma dahageniş kapsamlı sonuçlar elde etmek içinolasılık hesaplama uygulamasına dayandırı-lan bir yöntemi sunmaktadır.

2- YÜK AKIŞI PROBLEMİ veOLASILIKSAL YAKLAŞIM

Yük akışı problemlerinde giriş verisiolarak yük baralanndaki aktif ve reaktifyükler,generatör(üretim barası)baralanndakı aktif güç üretimi ve gerilimingenliği verilir. Sonuçta yük baralanndakıgerilimin genliği ve açıları, üretimharalarında açılar ve reaktif güçgereksinimleri, iletim hatlarında aktif vereaktif güç akışları bulunur. ı ve j gibi ikibarayı içeren bir güç sistemine ait yük akışıifadeleri aşağıdaki gibi yazılabilir 121.

P, =V,Zvk(G,kcos<5 ık+B ıks.nc> ık)k=l

( i )

Ö, = Yk=ı

(1) ve (2) yük akışı eşitlikleri genel birşekilde aşağıdaki gibi yazılabilir.

W= h(x) (3)


- 207 -

W, ölçülmüş büyüklüklerdir, x hesaplanmışolacak durum vektörü büyüklüklerinigösterir, h eşitlik (1) ve eşitlik (2) ileverilen lineer olmayan bir fonksiyondur.Klasik yük akışı problemlerinde , W vektörükesin olarak biliniyor varsayılır. Bununlaberaber, pratikte veriler yanlızca sınırlıdoğrulukla bilinebilir. Kullanılan bilgi veveriler gelecekteki koşullan gösterdiğindebu daha da aşikar olur. Karşılaşılanbelirsizlikler şu sebeplerden oluşabilir; ölçmehatası, tahmin kesinsizliği ve sistemelemanlarının devredışı kalmalarıdır.Gelecekteki yük kesinlikle bilinmez.Yalnızca olasılıksal bağıntılar şeklindebelirlenebilir. Olasilıksal yük akışınınçözümü için iki farklı yaklaşım ortayaçıkmıştır. Birinci yaklaşım stokastik yükakışıdır. Diğer yaklaşım genel olarakolasılıksal yük akışı algoritmasıdır. W=h(x)eşitliğinin lineer ve quadratik yaklaşımlarınıkullanır. Bu yaklaşımlar ile w=h(x) eşitliği,direk bir şekilde x için ve w nin verilenolasılık tanımından elde edilen x'in olasılıkyoğunluk fonksiyonu için çözülür. X'inolasılık yoğunluk fonksiyonunu elde etmekiçin harcanan gayret yük akışı eşitliklerininçözümü kadardır. Ayrıca gerçek sistemboyutlarını.bu düğüme ait güç gönderimle-rini konvılasyon tekniğini uygulayabilmekiçin bağımsız kabul etmek zorunludur. EğerA ve B f\(a), fs(b) olasılık yoğunlukfonksiyonlu iki bağımsız rastgele değişkenise ve eğer

C=A+B ise,

o zaman C'nın olasılık yoğunluk fonksiyonuf*A ve % nm konvilasyonuyla elde edilir 121.

(4)

3- MATEMATİKSEL MODEL

Pn , güç giriş ve çıkışlarının rastgele vektörüolmak üzere.

(5)

Dağılım fonksiyonları, P n ı karşılıklı özelbağımsız rastgele değişkenler olarak bilinir.

Şebekeye gönderilen güçlerin vektörü Plineer dönüşümle Pn vektöründen eldeedilir 141.

P=APn (6)A matrisi aşağıdaki gibi elde edilir.

I Eğer PQI e bara i ise 1Aıj = i Eğer Pyj e bara i ise -1

[ Diğer yönden 0 olur.P'nin olasılık yoğunluk fonksiyonunu eldeetmek için Pn için P cinsinden bir ifadegereklidir. Bir ilave değişken tanımı ile Adönüşümü genişletilir.

(7)

A matrisi B matrisi olarak büyültülür vedeğiştirilmiş P matrisi PQ ile ifade edilir.

(8)

Buradan Pj) vektörü bir multi normaldağılımdır. Sistem dengesi referans barada sağlandığından bu haradaki net güçgönderisinin olasılık yoğunluk fonksiyonudahesap edilebilir. Net güç gönderilerininolasılık yoğunluk fonksiyonlarını (OYF) eldeedersek, Z = H P eşitliğinden hattaki güçakışlarının OYFsini hesaplayabiliriz. Z ,hatakışları ve P güç gönderileri arasındakibağıntı lineer olduğundan, P'nin olasılıkyoğunluk fonksiyonunu elde etmek içinuygulanmış bir prosüdür kullanılabilir.Bununla beraber, burada Z vektörününboyutu P vektörünün boyutundan dahabüyüktür. Bu bizi daha farklı bir yaklaşımkullanmakta zorlar. Bir sistem için dağıtımfaktörlerinin matrisi D olsun ,

D =, dn*-\

(9)

D matrisinde (ik)j gösterimi, j barası ile ilgilikolondaki (ik) hattı ile ilgili satırdaki D


- 208 -

matris elemanın gösterir. D'nın D(ik)ielemanı j barasındakı 1 MWlık bir güçgönderiminin sonucu olarak " ık" hattındanakan aktif gücün miktarını gösterir. Dağılımfaktörleri aşağıdaki gibi elde edilir.

D =Y -Y

(10)

j düğümü salınım barası ise D(JJAJ = 0 olur.Bu D matrisinden son satır ve kolonuçıkarırsak D' matrisini elde ederiz. BöyleceD' matrisinin tersi alınabilir. Buradan hat ıve hat j deki güç akışının olasılık yoğunlukfonksiyonunu yazabiliriz. ı. j, khatlarındaki güç akışları biliniyorsa, kalan"p" hattındaki güç akışı aşağıdaki gibikolayca bulunabilir. D matrisinden D'matrisıkaldırıldığında kalan kısım D" matrisi olsun;

Dp j

(11)

kalan p hattındaki akışlar Z" vektörü ilegösterilirse.

'"1 Z ' ) (12)

ile elde edilir. Herbır hattaki güçakışlarının marjinal yoğunlukları normaldağılım gösterir veZ, ~ N (UJ , di) Z^ ~ N ( u k , ok), , Zn - N ([in , a n ) olarak bulunur.

4- UYGULAMA:

5- SONUÇLAR

Tablo-3 den görülebileceği gibi eğer birdeterministık güç akışı çalışması umulandüğüm venlen kullanılarak yapılırsa, umulanyük akışı elde edilebilir ancak Standardsapmanın bilgisi elde edilemez. Bazıdüğüme ait venlerin Standard sapmasıoldukça küçüktür. Fakat Şekil-1 den açıkçagörüldüğü gibi, yük akışındakı birkaçStandard sapma büyüktür.

Tablo-1. Sistem Bara Verileri (Şekil-1)

Bara12

3

4

y

6

OlasılıkFonk.BinomalBinomal

Ayrık

Aynk

Aynk

Aynk

Aynk

üniteSayısı1 Gen.1 Gen.

Yük

Yük

Yük

Yük

Yük

GüçM\V110130

-10-15-20-18-16-40-65-85-70.7*-30-35-40

-36-15-18-20-17-16-16-19-20-18-15

DevredısıKatsayısı0.01480.0049

OluşmaOlasılısı0.10.150.10.30.20.20.350.150.120.10.10.30.250.20.150.20.30.250.10.20.30.20.10.150.25

Açıklanan tekniklenn uygulaması için şekil-l'deki sistemi düşünelim. Hesaplamalardakullanılan baralara(düğümlere) ait verilertablo-1 de görülmekte ve şebeke verilentablo-2 de venlmektedir. Umulan değerler(MW) ve Standard sapma (%) olarak herbırhattaki güç akışı tablo-3 de görüldüğügibidir. İki olasılık yoğunluk eğrisi şekil-2de görülmektedir. Bunlarda (a) bara-2,bara-4 arası güç akışı ve (b) bara-4,bara-5arası güç akışı venlmiştır. Tablo-3 denherbır hattaki güç akışı determınistik yöntemiçin de venlmiştır.

O

(6)

Şekil-1. Örnek Enerji İletim Sistemi


- 209 -

Bu 1 düğümü ile 3 düğümü arasındaki hatiçin yaklaşık olarak %15 dir. Şekıl-2 dekiEğriler güç sistemi mühendislerine herbirhatta oluşan güç akışının olasılığınıdeğerlendirmeyi sağlamaktadır.

Tablo-2. Sistem Hat Verilen (Şekil-1).

hal

12

3

45

67

1.

bara1

2

1

3

3

4

5

J-bara

34•*

4<;

6

reaktans

a0.090.300.480.120.120.120.12

Şönt(B/2)Admitans

0.00530.01760.02820.00710.00710.00710.0071

Tablo-3. Örnek Sistem için Yük Akışı

Bara

'•-J

j _ 2

1-32-4

3-4

3-5

4 - 5

5-6

DetermınıstikYük Akışı

MW

-39.481053.481075.5191

-15.93669.4175

25.582517.0000

OlasılıksalYûk .AkışıMW u-41.003553.672875.4220

-15.71369.9035

25.617117.1056

Stand.Sapma%o5.15815.295.2264.5432.8182.4601.775

1.2 -

0* k—k—*—«—*—*—• : '• * — * — * - -0 10 :6 JD 40 30 60 '0 '5 30 90 100 110120

Yük .Akışı (MW)

(a)

10 20 25 30YOk Akıcı (MW)

(b)Şekil-2. (a) Bara 2-4 arasındaki,

(b) Bara 4-5 arasındaki Güç Akışı

KAYNAKÇA

[1] Borkowska, B., " Probabilistic LoadFlow ", IEEE Trans. on Power Apparatusand Systems, PAS-93, 1974, pp. 752-759.[2] Stevenson, W. D. " Elements of PowerSystem Analysis", 4th Edition, McGraw-Hıll, Nevvyork, 1984.[3] R. N. Allan, B. Borkovvska, C H.Grigg, " Probabilistic Analysis of PowerFlovvs", Proceedings of the IEE, Vol. 121,No. 12, pp. 1551-1556, 1974.[4] Papoulıs, A., " Probability, randomvariables and stochastıc processes"McGraw-Hill, 1965.

ÖZGEÇMİŞ

1979 yılında İ.D.M.M.A.Elektrik Fakültesindenmezun oldu. 1982'de lisansüstünü bitirdi. 1992'deİ.T.ÜElektrik Fakültesinde DoktorUnvanı aldı. Halen SakaryaÜniversitesi Elektrik Mühen-disliği bölümü Tesis Ana Bi-lim Dalında Öğretim Üyesi.


- 210 -

TEK FAZLI TRANSFORMATÖRÜN 5-20 kHz İLETİŞİM FREKANSLARINDAMODELLENMESİ

Osman ÇEREZCİ * M. Server FIRAT2 Nejat YUMUŞAK3 Okan özgönenel4

1. Sakarya Üniversitesi, Bilgisayar Müh. Bölümü2. Sakarya Üniversitesi, Elektnk-Elektronık Müh. Bölümü3. Dumlupınar Üniversitesi, Elektnk-Elektronık Müh. Bölümü4. 19 Mayıs Üniversitesi, Amasya M. YO.

ÖzetDağıtım hatlarında bilgi iletimi ile

otomasyonun sağlanması amaçlı çalışmalarson yıllarda yoğunluk kazanmaktadır.Dağıtım sistemi üzerinde bilgi iletimi, yükyönetimi, otomatik besleme, tüketimkontrolü ve tespiti, büyük yerleşim binmleniçin çok daha önemlidir.

Enerji dağıtım şebekeleri üzerinde bilgiiletimi ve okunmasına yönelik çalışmaların 5-20 KHz ferkans aralığındaki sinyaller ileyapıldığı görülmektedir. İletişimin dağıtımsistemi üzerinden gerçekleştirilmesineyönelik çalışmalarda, ağırlıklı olarak, enerjidağıtım hatlarının iletişim sinyalleriüzerindeki bozucu ve zayıflatıcı etkilenincelenmiştir. Bu çalışmalarda en dikkatçekici noktalardan bir tanesıdetransformatörlerin sinyaller üzerindekizayıflatıcı etkileridir.

Bu çalışmada, tek fazlı çekirdek tipimodel bir transformatörün 5~2O KHzfrekans aralığındaki iletişim sinyallerine karşısargı empedans cevaplan deneysel olarakelde eduır.

/. Giriş:

Transformatörler dağıtım şebekelerinde50~60 Hz alçak frekans seviyesindekullanılmak üzere üretilmektedir. Alçakfrekans seviyesinde kullanılmak üzereüretilen transformatör sargılanna iletişim

sinyalinin uygulanması durumunda, sargımodellennm elde edilmesi gerekir.

Dağıtım transformatörlennın yüksekfrekanslarda modellenmesı ve empedansölçüm çalışmalan A. O. Sosyal tarafındangerçekleştirilmiştir. [1] 5~20 KHz iletişimsınyallennde 25 KVA gücünde dağıtımtransformatörünün empedans değişimleriKen C. SHUEY tarafından analiz edilmiştir.[2]

Bu çalışmanın ilk bölümünde yüksekfrekanslarda transformatör empedans devremodellen verilerek, modellere uygun yapısalparametreler yardımıyla empedans veadmıtans ifadelen tanımlanmaktadır.

Çalışmanın ikinci kısmında ise, tek fazlıbir orta gerilim transformatörünün sargı uçempedanslannın yüksek frekanslardadeğişimi ve sinyalin sargı ve demirçekirdekte uğradığı bozulma ve zayıflamalarelde edilen sonuçlar üe gözlenmektedir.

2. Yüksek Frekanslarda Sargı Modeli:

Tek fazlı transformatör sargılannauygulanan sinyal frekansı yükseldikçe,iletkenlerdeki den etkisi (skin effect) sargılararası kapasite değeri ile birliktebüyüyecektir[4][5]. Bu durum Şekil 1' dekigibi Foster devresi biçimindemodellenmektedir [1].


- 211 -

ŞekiLİ: Transformatör sargılarının Fostertıpı yüksek frekans modeli a) Kayıpların senb) Kayıpların paralel olması hali.

Şekil. 1 'deki Foster Opı empedansmodelinde omık direçle gösterilen kayıplarınihmal edilmesi durumunda transformatörünyüksek frekans eşdeğeri Şekil.2 'degörüldüğü gibi paralel L-C devresi olarakdamodellenmektedir. [1]

Eşdeğer devre modelininoluşturulmasında yalnızca sargı faktörlerinindeğil, aynı zamanda demir kayıplarını verenmanyetik devre parametrelerinınde analizigerekecektir. [4]

(1) ve (2) ifadeleri ile tanımlanan fukove histerezis kayıp bağıntılarından daanlaşıldığı gibi frekansın demir kayıplarıüzerinde etkileri olduğu bilinmektedir. [4]ve [5]

ae.f2.t2 B2 (W/kg)

ofc-f.BİL (W/kg)

(D(2)

ŞekiL2: Transformatör sargılarının L-Cdevresi şeklinde modellenmesi

3. Eşdeğer Devre Modelinde Empedans veAdmitans İfadesi

Elektrik tesislennde meydana gelenarızalar, açma-kapama işlemlen veyaatmosferik deşarjlar nedeniyle transformatörsargılannda meydana gelen olaylar geçicirejimde incelenmektedir. [1][3][5].

Çalışmamızın karakten ise; eşdeğerdevre modelinin sürekli hal ifadelen üetanımını gerektirmektedir. [4],

L] sargının eşdeğer endüktansı, K\sargılann alternatif akım direnci, C \ sargılararasında oluşan kapasite olmak üzere;Şekil. 1 'deki devre de eşdeğer empedans

_ R/(<oC,)2-j(R2

R

U C,](3)

Şeklinde tanımlanabilir. [4].

Şekil.3 'deki paralel kayıplı devre için,frekans döneminde

olmak üzere admitans ifadesi

Y = G + j ( B c - B L ) (5)

bağıntısı ile tanımlanmaktadır.

(5) nolu ifade, bilinen paralel rezonans tanım

bağıntısıdır.

4. Deneysel Uygulama:

Uygulamada, herhangi birtransformatörün, sargı amper-sanmıçekirdek kesiti, iletken kesiti, yalıtkan cinsive magnetik çekirdek ebatlan gibi üretimaşaması ile ilgili bilgilen, imalatçı firmalartarafından verilmemektedir. Bir fazlıçekirdek tipi, transformatörün 5~20 KHzaralığı frekanslar için empedans veya


- 212 -

admıtans, değerleri Şekil.3 'deki montajdevresi yardımıyla ölçülmektedir.

sargılardan elde edilen sinyal genliğındekıdeğişimler ise Şekil.5 'da görülmektedir.

ŞekiLJ: Yüksek frekanslarda sargıempedanslannm ölçümü için kurulandevrenin montaj şeması.

Tablo 1: Model Transformatörün İşletmeDeğerlen

Gücü - S = 0,4 KVAişletme Frekansı - S = 50 Hzişletme Gerilimi - 110/1350 VoltGüç Katsayısı - 0,8Pnmer Bobin Sayısı - 1Sekonder Bobin Sayısı - 1

Tablo 1 'de etiket değerleri venlençekirdek tıpı model transformatörün pnmersargı uçlanna sinyal jeneratörü üzenndenuygulanan sinüs biçimli iletişim sinyali ileprimer ve sekonder sargının Şekil.4 'dekiempedans eğnlen elde edilmiştir.

ŞekiL4: Pnmer ve sekonder sargı uçölçümleri ile elde edilen empedans eğrileri.

Primer sargı uçlanna uygulanan iletişimsinyalinin frekansı değiştınlerek sekonder

5 9 7 9 10 11 12 13 14 15 18 17 18 19 20

ffkHzi

5 6 7 S 9 10 11 12 13 14 15 18 17 18 '9 20

ŞekiLS: Pnmer ve sekonder sargı uçölçümlen üe elde edilen genlim eğnlen.

Transformatörün Şekil l.b 'deki yüksekfrekans modeli (kayıplı foster devresi) idealparalel rezonans devresi olarakbilinmektedir.

SONUÇ

5~2O KHz iletişim sinyallennın dağıtımtransformatörleri üzenndekı etkılennıincelemek amacı ile gerçekleştinlen budeneysel çalışmada, orta genlim seviyesindesargısı bulunan tek fazlı çekirdek tıpıtransformatör kullanılmıştır.

Tasanmda 50~60 Hz düşük frekans,400 V ve üzeri genlim gibi işletme değerleniçin düşünülen transformatör sargılanüzennde Kilohertz mertebelerinde sinyaluygulaması durumunda,

a) Sargı iletkenlerinde ve sanmlan arasında,b) Magnetık çekirdekte


- 213 -

frekansa bağlı parametık değişikliklermeydana gelmektedir. [4][5] İletişimsinyalinin Şekil 5 'de görüldüğü gibisekonder uçlarında bazı frekanslar içinzayıflamaya uğradığı gözlenmektedir.Sinyalin frekansı ve dolayısı ile den etkisininartmasının yanında sinyalin sargılarda vemagnetık çekirdekte zayıflaması demirkayıplannın hissedilir şekilde yükseldiğinigöstermektedir.

KAYNAKLAR

[1]. SOSYAL , A. Oğuz., "TransformatörSargılarında Oluşan Hızlı DeğişimliGeçici Olayların İncelenmesi ve...",İ T Ü Fen Bılımlen Enstitüsü, DoktaraTezi. İsatanbul-1985

[2].Shuey, C KEN., "DıstrubutıonTransformers at Power Lıne CarnerFrequencıes", GLOBECOM '83, IEEEGlobal Telocomü nactlon ConferenceRecord, San Dıago CA, USA., pp. 483-486, Vol.l,No:28, Dec. 1983.

[3].GÜZELBEYOĞLU, N. "TransformatörSargılannda Aşın Genlim DağılımıSorununa Katkılar", İ T Ü . ElektnkFakültesi, Doktara Tezi, İstanbul 1975

[4]. FIRAT, M. Server, "Orta GenlimTransformatörlennin YüksekFrekanslardakı Empedans Değişımlen",Marmara Üniversitesi Fen BılımlenEnstitüsü, Yükaek Lisans Tezi, İstanbulHaziran 1993

[5].VAESSEN, P.T.M., "TransformerModel for High Freqquences", " IEEETrans. on Power Delivery, Vol. 3, No:4,Oct 1988, pp,1761-1768'

ÖZGEÇMİŞLER:

Osman ÇEREZCİ: 1951yılında Merzifon 'da doğdu.1976 yılında İ.Ü. Fen FakültesiFizik Bölümünü bitirdi. 1985yılında U.Ü. FBE 'deDoktorasını tamamladı. 1994yılında doçent oldu. HalenSakarya ÜniversitesiBilgisayar Müh. Bölümündegörevini sürdürmektedir.

M. Server FIRAT: 1962yılında Diyarbakır 'da doğdu.1987 yılında Gazı Üniversitesi'nde lisansım 1993 yılında daMarmara Üniversitesi ndeFBE 'de yüksek lisansınıbitirdi. Halen SakanaÜniversitesi 'nde Fen BilimleriEnstitüsünde Doktorayapmakta olup. aynı Üniversite'tun Elektrik Elektronik Müh.Bölümünde uzman olarakçalışmaktadır

Okan ÖZGÖNENEL: 1967yılında Samsun 'da doğdu1989 yılında MarmaraÜniversitesi Teknik EğitimFakültesinde Lisans. 1992yılında MÜ FBE 'de yükseklisansını bitirdi. Fen BilimleriEnstitüsünde doktoraçalışmalarına devam etmekteolup. aynı zamanda 19 MayısÜniversitesi Amasya M.YOda öğretim görevlisi olrakçalışmaktadır.

Nejat YUMUŞAK: 1972yılında Kırşehir Karaman 'dadoğdu. 1993 yılında İTÜ.Sakarya Müh. Fakültesi 'ndelisansını bitirdi. HalenDumlupınar Üniversitesi FenBilimleri Enstitüsü 'nde yükseklisansyapmakta olup. aynıüniversitenin ElektrikElektronik Müh. Bölüm 'ündeArş. Gör. olarak çalışmaktadır.


- 214 -

ÜÇ FAZLİ ŞEBEKE TRANSFORMA TÜRÜNÜNMİKROKONTROLÖR İLE KORUNMASI

Ayhan ÖZDEMÎR, M Server FIRAT

SAÛ Elcktrik-Elcktronik Mühendisliği Bölümü -Adapazarı

ÖZET - Enerji AaŞtUm sistemleriüzerinde önemli bir yere sahip olanTransformatörlerin sürekli ve yüksekgüvenirlik ile çalışmalını imalattaki faktörleryanında, İyi bîr ydrîlAt Irrmmmaîanna dabağhdır.

Ülkemizde şu «mrfa uygulanmakta olantransformatör korumaları, diferansiyel role,tennik-magnetik şalter, bucholz rölesi gibisistemler

transformatörde meydanagelecek arızalar mikrokontrolörün merkeziorganizasyonu altında sansarlar yardımı iledeğişüc noktalardan elde edilen sıcaklık VBakün işaretlerinin değerlendirilmesi sonucukoruma *ffi»»MTmw» mımcJ

2. GİRİŞ

Büyük güçlü transformatörlerde kesiciVB küçük transformatörlerde termik-magnetikşalter ile «mglntum kısa devre vs aşın alamkorumasının yanında, harfamoi bir arızasonucu oluşacak ısınmalarda kanımasağlamayı amaçlayan bucholz rölesi

Herbiri kendi amacına yönelik korumasağlayabilen bu sistemlerdeki ortak özellik,merkea bir koordinasyon ile çalışmamalarıdır.

\fikrokantroldr, MtB (Merkezi işlembirimi) ADC (analok dijital çevirici), timer,EPROM ve Oiriş çıkış porüanndanoluşmaktadır. Mikrokontrolör topladığı verilerideğerlendirerek sistemin istenen esaslara göreatışmasını sağlayan sistem koordinatörüdür.

Bu ç«lıyrrmr<»ı milfTnkontnlAr yardımıile istenen amaçlara uygun iyi bir korumalranrrtİTumynnıı «rm

Bu sistemde birinci kısım,transformatörün qp4rnnrW tnrafinHalri nlniYi ve

sıcaklık yükselmelerini sezen »inmtransibrmatörü ve termistörlerden

vsİkinci kısımda, akün trafosutermistÖTİerden gelen bilgileri mikullanabileceği hale dönüştüren ölçü devreleriüçüncü kısımda ise, mikrokontrolör ve yazılımı

2. Sû/anin Genel Yapısı:

Şekil -1 'de görülen üç fazlı bir enerjidağıt ım sistemi ıİTfırtTifİaLS pritnari OÇ-g TI.

sekanderi yıldız bağlı dağıtımtransiomatörünün yük tnrtıfinrtalr» sargılanüzerindeki tennistörler ile ^»rg1 sıcaklıklarıölçülmektedir. Transformatör ^»lnynrfa ölçühücrelerinde yer alan »irırn transformatörleri ilede yük akımları akım ölçü devrelerineiletilmektedir.

Ölçü devreleri ise ölçü trafolarınınçıkışıra değerlendiren akım ölçü devresi vetermistör calnyıyin^î s)«ıHıftı ölçen sıcaklıkölçü devresinden ibarettir.

Hor iki ölçüdevresi salaşından eldeedilen bilgiler ST6210 mikrokontrolör üzerindegerçekleştirilen yazalım yardımı iledeğerlendirilerek kesici kontrol «ytilmelfteftir.

3. Ötçü Devreleri

Şekil -2 'de verilen akım ölçü devreleria) Dogrultuou devresib) Kuvvetlendirici devresio) Tepe değer tutucu devresi almak üzere üçkısımda düşünülmüştür.


- 215 -

Yük akımı Şekil 2 de görüldüğü üzereüç faz doğrultulup ölçüm seviyesi 0-5 voltakuvvetlendirilip tepe değeri okunmaktadır. Oçfazın herhangi birinde meydana gelebileceklasadevre veya arıza tutucu çıkışında»ezileceğinden rmkro kontrolör gerekli pulslanüretip kesiciyi açacaktır.

Şekil 3 de sıcaklık ölçü devresigörülmektedir. Transrbmatörün aşın yüke karşıkorunabilmesi için sargı sıcaklıklarınınalgılanması ve şuur değeri geçtiğinde,kesicinin açması gerekmektedir, ölçümlerin(nln-m Sicakhk) rif ^r.ıl nrtirilm^IrnTVİCT sonra

gerekli pulslann üretilmesi ile trafo aşn yüklereVB klSadcVTCSİCre karSl Iranımruılrhırlır

ytou

Şekil l.Oç fâzlı şebeke transformatörününkorunması için taşprlnpnn devrenin genelyapısı

Şekil -2 Akün ölçü devresi montajşeması

ST6210

ftrkkuw«d«ndina

Şekil-3 Sıcaklık ölçü devresi montajşeması

4. MiArokorttrotör ve Yasttun Algoritman

Şekil -4 'de blok şema olarak donamınyapım verilen ST6210 mikrokontrolör girişbilgileri ölçü devrelerinden alınmaktadır. 8 bitÜk mikro işlemci esaslı mikrokantrolör, içingerçekleştirilen yazılım algoritması Şekil -5 'deverilmektedir.

Mİkrokontrolörün, A, B, Cportlanndan sırası ile A4-A7, B0-B7 ve C4-C7pinleri analog giriş olarak

r.STo^Kyda 8 bitanhşıl yaklaşımlı ADC mevcuttur. Analoggiriş yapılan pinler sua ile seçilerek okunur, veo nıvfalri sıcaklık ve alf m bilgisi elde edilir.Gerekli gecikmelerin elde edilebilmesi içingecikmeler yazılımla yapılabileceği gibi yinemikrokontrolörde bulunan sekiz bitlikprogramlanabilir timer ile de yapılabümektedir.

Algoritmada I K , kısa devre aküm, Ia iseaşın akün değerini göstermektedir.


- 216 -

I a ^ I

Şekil -5 Koruma sisteminin yazılımalgoritması

Mikrokontrolöre yazılımla yüklenecektüner fonksiyonunun zamanı (t), aşın akımdakesicinin açması için gereken saniye olaraksüre olup, bu değer transformatör etiketdeğerlerine göre işletme şanlarında tesbitedilecektir.

Algoritmada TR, T s > Tj parametreleritermistorler ile ölçülen sargı sıcaklık, T^ isekritik sargı sıcaklık değerleridir.

Aşın akımda trafonun kaç saniyedeaçacağı önceden set edildiğinden t süresisonunda asın yük devam ediyorsa trafo

korunmaya alınmaktadır. Kısa devre aranda isegecikmesiz olarak trafr> i

C X PC

! , ÛıOITIL w»fCH0OG ı

ırr CORE <C^C'

• NOT AVAILABL£ ON 5T62<0 . 2V

1) 5TB210 ' *5;2] ST8220 ı 25

3SCIN OSCOÜT ^SET

Şekil 6.Mikrokontrolâr blok donunum

SONUÇ:3 fâzlı şebeke transformatörünün

konvansiyoncl mctodlarla korunmasınınyanında, daha hızü ve güvenli bir şekildekorumanın cağlanmaflim amaçlayannnkrokontrolor yardımı ile tasarımdüşünülmüştür.

Sistemde sargı sıcsti^klannın arüşısekonder sargılara yerleştirilen termistorler ile,transformatörün yük akımıp^«t" aşırıyükselmeler ve kısa devre akından ölçütransformatörleri ile tespit edilmektedir.

ST 6210 Mikrokontrolör üzerindeyapılan yazılım ile iyi bir korumaorganizasyonu amaçlanmıştır.

KAYNAKLAR:

BODUROĞLU, T., "Elektrik MaktnalanDersleri, Transformatörler", Beta Basım YayımDagıüm A.Ş.,1988.PASTACI, H., " Elektrik ve Elektronikölçmeleri ", Nesil Matbacılık, 1989.ST6210Detabook


- 217-

Ayhan ÖZDEMtR1964 yılında Sakarya Akyazasda doğdu.

İTÜ Elektrik Fakültesinden 1986'da lisans,1989*da İTÜ FBE Kontrol Bilgisayar AnabilimDalından Yüksek lisans derecesi «lan yazarhalen YTÜ FBE7 de Doktora ç»»lıytu»nn«devam etmekte olup SAÜ ElektrikMühendisliği Bölümünde Arş.Gör. olarakçalıyım lrtaHır

Server FIRAT1962 yılında Diyarbakuda doğdu.

198T de Gazi Üniversitesi Teknik EğitimFakültesinde lisans, MÜ FBE1 de yükseklisansı bitildi. Halen SAÜ FBE doktoraçalışması yapmakta olup Aynı ÜniversiteninElektrik Mühendisliği Bölümünde ıwnwnfilanı İr raılıgmulrhırlır


- 218-

ELEKTRİK ENERJİ İLETİM SİSTEMİGENİŞLETME PLANLAMASI PROBLEMİ,

KARŞILAŞILAN SORUNLAR VEMATEMATİK GÖSTERİLİM ÜZERİNDEKİ ETKENLER

Nazif Hülâgü SOHTAOĞLU M. Alp BATMAN Nesrin TARKAN

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

80191 Gümüşsüyü - İSTANBUL

Özet: Bu çalışmada, elektrik enerji iletim sistemi genişletme planlaması problemi tanımlanarakkarşılaşılan sorunlar açıklanmış ve problemin matematik gösterilimi dolayısıyla, çözüm algoritmalarıüzerindeki etkenler verilmiş, sistem yaklaşımı içerisinde gerekli değerlendirmeler yapılaraksınıflandırılmış ve aralarındaki ilişkiler ortaya konulmuştur.

1. İLETİM SİSTEMİ GENİŞLETME PLAN-LAMASI PROBLEMİ

Elektrik enerji iletim sistemi genişletmeplanlaması çalışmalarının amacı, öngörü-len teknik, finans ve güvenilirlik ölçütlerisağlanırken, geleceğe ilişkin olarak tahminedilen yük talebini en düşük maliyet ile kar-şılayabilecek şebeke yapısını belirlemektir.Bunun sonucunda elde edilen tesis planla-rı, gelecekteki enerji iletim sistemi şebekeyapısındaki iletim donanımlarının, ne ka-pasitede, nereye ve ne zaman bağlanmasıgerektiği sorularına yanıt vermek duru-mundadır. İletim sistemi genişletme plan-laması süreci genellikle, uzun dönem plan-laması ve orta dönem planlaması olmaküzere iki evre içerisinde değerlendirilmek-tedir. Uzun dönem planlaması, farklı seçe-neklerin incelenebilmesine ve bunların kar-şılaştırılabilmesine olanak sağlarken, kısadönem kararlarının alınmasında ve yatırımprogramlarının geliştirilmesinde bir kılavuzolarak işlev yüklenir [1,2,3].

2. UZUN DÖNEMDE ŞEBEKE YAPISIN-DAKİ GELİŞMELER

koşullara bağlı olarak geliştirilmesi, geniş-letilmesi gerekmektedir. Uzun dönemde,elektrik enerji iletim sistemi şebeke yapı-sında gelişimi zorunlu kılan durumlar;- Mevcut sisteme yeni üretim barası veyaharalarının eklenmesi,- Mevcut sisteme yeni yükler ve bunlarınbağlandığı yeni yük haralarının eklenmesi,- Üretim ve/veya yük artışlarına bağlı ola-rak iletim kapasitesini artırmak amacı ilemevcut iletim koridorlarına yeni iletim dev-releri eklenmesi ve/veya yeni iletim kori-dorlarının oluşturulması,şeklinde sıralanabilir [1,2].

İletim sistemi genişletme planlaması ça-lışmaları gerçekleştirilirken, gelecekte sis-teme girmesi öngörülen üretim birimlerive/veya merkezleri ile tüketim merkezleri-nin mevcut sisteme ekonomik ve güvenilirolarak ne şekilde bağlanacağı, gerekli do-nanımların ne karakteristikte, nereye, nezaman kurulacağı sorularına yanıt aranır.

3. KARŞILAŞILAN SORUNLAR

Elektrik enerji iletim sistemi planlamasısürecinde iletim sistemi şebeke yapısının,gözönüne alınan planlama evrelerindeki


- 219-

Elektrik enerji iletim sistemi genişletmeplanlaması problemi, elektrik enerji sistem-lerine ilişkin planlama çalışmaları içerisindeçözümü en zor olan problemlerden birisidir.

Elektrik enerji iletim sistemi genişletmeplanlaması temelde, çok karmaşık yapıda,doğrusal olmayan bir matematik optimizas-yon problemidir. Problemin karmaşıklığıesas olarak, gözönüne alınması gerekenteknik ve ekonomik kısıtlamaların fazlalı-ğından, bunların matematiksel olarak ifadeve analiz edilmesinde karşılaşılan güçlük-ler ve hatta olanaksızlıklardan, dolayısıylaproblem değişkenlerinin çok büyük sayıla-ra ulaşmasından kaynaklanmaktadır. Ayrı-ca incelenen sistemin bcyutu büyüdükçe,gözönüne alınabilecek seçeneklerin sayıla-rı da üstel olarak artmaktadır [1,3,4].

Başlangıçta var olan şebeke yapısındanayrık halde bulunan haraların şebeke yapı-sı içerisine nasıl sokulacağı başka bir de-yişle, enerji sisteminde gelecekte ortayaçıkması öngörülen yeni haraların mevcutşebekeye en uygun ne şekilde bağlanmasıgerektiği probleminin çözümü, genelliklematematiksel bazı bağlantıların kurulmasıile mümkün olmaktadır [4,5]. Enerji sistem-lerinin işletme özelliklerinden farklı olarakgeliştirilen matematik ifadeler ise yanıltıcısonuçlara neden olabilmektedir.

4. MATEMATİK GÖSTERİLİM ÜZERİN-DEKİ ETKENLER

İletim sistemi genişletme planlamasınayönelik olarak, günümüze kadar geliştirilenyöntemlerin değerlendirilmesi oldukça güç-tür; çünkü, bunların çok az bir bölümü dı-şında diğerleri deneysel evrelerinin ötesin-de geliştirilememiş veya gerçek planlamaçalışmalarında kullanılamamıştır.

Gerçek enerji sistemlerine uygulanabilirplanlama yöntemlerini geliştirmek için, ku-rulacak amaç (maliyet) fonksiyonları ve/ve-ya kısıtlama denklemlerinde bazı yakla-şımlarda bulunulması gerekmektedir.

Optimizasyon çalışmalarını gerçekleştir-mek için gereken ilk adım, sistemin model-lenmesidir. Fiziksel sistemi matematikselmodeller aracılığı ile göstermek üzere bir-takım sadeleştirici kabullerin, varsayımlarınyapılması zorunludur.

Elektrik enerji iletim sistemi genişletmeplanlaması probleminin matematik gösteri-limi üzerindeki etkenler aşağıdaki şekildeverilebilir.

4.1, Maliyet Fonksiyonu

İletim sistemi planlaması problemininçözümüne yönelik olarak oluşturulan mate-matik modellerde amaç (maliyet) fonksiyo-nu, çeşitli etkenlere bağlı olarak tanımlana-bilmekte ve gelecekte elektrik enerji siste-mine eklenmesi öngörülen enerji iletim hat-larına ilişkin sabit yatırım maliyetleri ile iş-letme ve bakım maliyetlerini kapsayabil-mektedir [2,6].

En genel halde, güncelleştirilmiş değerolarak en küçük değeri aranan amaç fonk-siyonu

NT NL

F t i + CVt ı i+CLt,i (1)t = 1 i = 1

biçiminde verilebilir. Burada; CFt j, t planla-ma zaman döneminde i hattının güncelleş-tirilmiş değer olarak sabit yatırım maliyeti-ni, CV t j ve CL t j sırasıyla, güncelleştirilmişdeğer olarak değişken maliyet ile enerji ka-yıp maliyetini göstermektedir. NT, planla-ma dönemlerinin toplam sayısını, NL isemevcut ve gelecekteki iletim koridorlarınıntoplam sayısını göstermektedir. Enerji ile-tim hatlarına ilişkin yatırım maliyetleri, farklıplanlama zaman dönemleri üzerinde ger-çekleştiğinden, yaklaşık olarak doğrusal bi-çimde ifade edilebilmektedir. İletim kayıpla-rına ilişkin maliyetler, doğrusal olmayan biryapıdadır ve planlama dönemleri üzerindegözönüne alınacak tüm inceleme periyotla-rı için yük dağılım eğrilerinin bilinmesinigerektirmektedir. Geleceğe yönelik yük da-ğılım eğrilerinin kesin olarak saptanmasımümkün olmadığından, bir öngörü şeklin-de bu maliyet fonksiyonu içerisine alına-bilmektedir. Ayrıca, çevresel, sosyal, eko-nomik, politik, hukuki, vb. olarak sıralana-bilecek maliyet unsurlarının, maliyet fonksi-yonu içerisine alınmasının söz konusu ola-bilmesine karşın, bunların sayısal olaraksaptanmasında karşılaşılan güçlükler ve


- 220-

hatta olanaksızlıklar, bunların ihmal edil-mesine yol açmaktadır.

4.2. Kısıtlamalar

Matematik simülasyon modellerinin kı-sıtlamaları, kullanılan güç akışı modelinebağlı olarak Alternatif Akım veya DoğruAkım formunda ifade edilen güç akışı iş-letme denklemleri, hat yüklenmeleri, vb. et-kenleri kapsayan nitelik kısıtlamaları ve gü-venirlik kısıtlamaları olarak ana başlıklarhalinde verilebilir.

4.2.1. İşletme Denklemleri

Gelecekte elektrik enerji sistemine bağ-lanması olası iletim hatları ile mevcut şe-beke yapısı üzerindeki güç akışlarını, tamveya yaklaşık olarak belirlemek için Al-ternatif Akım veya Doğru Akım güç akışımodelleri kullanılmaktadır. Bu modellerinuygulamaları ve bunlardan beklenilen so-nuçlar değişmekle birlikte, Doğru Akım güçakışı modeli iteratif olmadığından, özellikleenerji iletim hatlarına ilişkin nominal yük-lenme sınırlarının aşılması durumunda,doğrusal olmayan güç akışı modellerindeortaya çıkan yakınsama güçlükleri de sözkonusu değildir. Başka bir deyişle DoğruAkım güç akışı modeli kullanılarak, enerjisistemlerinde ortaya çıkabilecek her türlüolumsuz işletme koşulundan bağımsız ola-rak çözüm belirlenebilmektedir.

4.2.2. Nitelik Kısıtlamaları

Şebeke yapısını oluşturan iletim dona-nımları üzerindeki güç akışlarına

PL t j < P t i < PU t i

ve bara gerilim genlikleri

VL t j < V t j < VU t j

ile bara güç açılarına

5L t j < 5 t j < 5U tj

t=ı.2 NT (2)i=1,2 NL

t=L2 NT (3)j=1.2 NB

t=L2 NT (4)j=1,2 NB

ilişkin kısıtlamalar söz konusudur. Burada;PL t j ve PU t j sırasıyla, t planlama zaman

döneminde, i iletim hattının aktif güç iletimkapasitesinin alt ve üst sınırlarıdır. VL^: veVU tj sırasıyla, t planlama döneminde j ba-rasının, birim değer olarak, gerilim genliğiüzerindeki alt ve üst sınırlardır. 51^ •. ve 5Ut jise, bara güç açılarına karşılık gelen sınırdeğerlerdir. NB, şebekede mevcut ve gele-cekte şebeke yapısına eklenecek baralarmtoplam sayısını göstermektedir.

4.2.3. Güvenilirlik Kısıtlamaları

İletim sistemi genişletme planlaması ça-lışmaları sürecinde, işletme noktasının sa-bit tutulması yararlıdır. Bu durum ise, orta-ya çıkacak aşırı yüklenmelerin üretim bi-rimlerinin yeniden programlanması yoluyladeğil, yalnızca yük atma yoluyla ortadankaldırılabileceğinin bir işletme stratejisi ola-rak tanımlanmasına eşdeğerdir.

İletim sistemi planlaması sonucunda be-lirlenen nominal (normal işletme koşullarıaltında optimal) şebeke yapıları, enerjisistemi için öngörülen güvenilirlik ölçütünüsağlamak zorundadır. Her enerji kurumukendi güvenilirlik ölçütünü farklı kurallarabağlı olarak belirlediğinden, tüm güvenilirlikölçütlerini kapsayacak tek bir ölçüt tasarla-namamaktadır. Ayrıca, güvenilirlik ölçütlerigenellikle şebeke yapısına bağımlı oldu-ğundan, her bir güvenilirlik ölçütünü belirlibir algoritma içerisinde birleştirmek olasıdeğildir. İletim sistemi genişletme planla-ması çalışmalarında güvenilirlik ölçütü, ile-tim sistemi şebeke yapısını oluşturan dev-re elemanlarına ilişkin bir dizi açma analizigerçekleştirilerek incelenmeli ve iletim hat-ları açmalı işletme koşullarındaki yeterlilik-leri açısından irdelenmelidir.

Güvenilirlik kısıtlamalarının oluşturula-cak matematik model içerisinde ifade edi-lebilmesine karşın [5,6,7], çeşitli açılardansakıncalar ortaya çıkabilmektedir. Bu ne-denle güvenilirlik değerlendirmeleri, enerjisistemine ilişkin olarak öngörülen kısıtla-maları sağlayan en düşük maliyetli şebekeyapısı belirlendikten sonra, ayrı bir evredegerçekleştirilmelidir. Böylece, enerji siste-minin normal işletme koşulları altında opti-mal ve açmalı işletme koşulları altında


- 221 -

optimal şebeke yapıları belirlenebilecek vearalarında karşılaştırmalar yapılmasınaolanak sağlanacaktır [1,2,3,4]. Şekil 1'de,elektrik enerji iletim sistemi genişletmeplanlaması işlemine ilişkin akış diyagramıverilmiştir [1,3].

Şekil 1. iletim sistemi genişletme planlamasıişlemine ilişkin akış diyagramı.

5. SONUÇLAR

Elektrik enerji iletim sistemi genişletmeplanlaması algoritmalarını geliştirmek üze-re yapılan çalışmalarda, iletim sistemi ge-nişletme planlaması problemine bir mate-matik optimizasyon problemi olarak yakla-şılarak, eşitlik ve/veya eşitsizliklerden olu-şan bir kısıtlama kümesinin etkisi altındabir amaç fonksiyonunun optimizasyonunusağlamak yoluna gidilmiştir. Bu amaçla,çeşitli varsayım ve yaklaşımlarda bulunula-rak farklı matematiksel modellerin oluştu-rulmasına karşın, standart optimizasyonyöntemlerinden biri, çeşitli bakış açıları al-tında, çözüm aracı olarak kullanılmış veenerji iletim sistemi için bir "optimal" ge-nişletme planı elde edilmiştir. Ancak, bulu-nan "optimal" çözümlerin gerçek anlamdaoptimal, ekonomik ve teknik olarak uygula-nabilir, gerçek yatırım kararlarının alınabi-leceği en iyi genişletme planları olduğu ga-ranti edilememektedir.

Konu ile ilgili yayınlarda çok yaygın ola-rak kullanılan "optimal çözüm" terimi, eksikya da yanlış anlamlar yüklenebilen bir te-rimdir. Optimal çözüm, oluşturulan sistemmodeline, seçilen maliyet fonksiyonununözelliklerine, gözönüne alınan işletme kısıt-lamalarına ve çözüm aracı olarak kullanı-lan optimizasyon tekniğine bağlıdır. Belirlibir maliyet fonksiyonu için elde edilen opti-mal çözüm, aynı amaç için oluşturulanbaşka bir maliyet fonksiyonu kullanılarakbelirlenen optimal çözümden farklı olabil-mektedir. Ayrıca aynı sistem birbirindenfarklı birkaç model ile gösterilebilmekte vebu modeller türetilirken yapılan yaklaşımla-rın düzeyine bağlı olarak elde edilen opti-mal çözümler değişebilmektedir.

6. KAYNAKLAR

[1] SOHTAOĞLU, N.H., Elektrik Enerji iletimŞebekelerinin Optimal Genişletme Planla-ması, Doktora Tezi, İ.T.Ü. Fen BilimleriEnstitüsü, istanbul, 1994.

[2] CARPENTIER, J.. and MERLIN, A., Optimi-zation Methods in Planning and Operation ofPower Systems, Int. J. of Electrical Povver

' and Energy Systems, Vol.4, No. 1, January1982, pp. 11-18.

[3] GÖNEN. T., Electric Povver TransmissionSystem Engineering; Analysis and Design.John Wiley and Sons, Inc.. New York, 1988.

[4] MONTICELLI, A., and SANTOS, A., Inter-active Transmission Netv/ork Planning UsingA Least-Effort Critehon, IEEE Transactionson Povver Apparatus and Systems. Vol.PAS-101, No. 10, October 1982, pp.3919-3925.

[5] SEIFU, A., SALON, S., and LIST, G., Opti-mization of Transmission Line Planning

Jncluding Security Constraints. IEEE Trans-actions on Povver Systems, Vol.4, No.4,October 1989, pp.1507-1513.

[6] YOUSSEF, H.K., and HACKAM. R., NewTransmission Planning Model, IEEE Trans-actions on Povver Systems, Vol.4, No.1.February 1989, pp.9-18.

[7] FARRAG, M.A., and EL-METVVALLY, M.M.,New Method for Transmission PlanningUsing Mixed-lnteger Programming, IEEProceedings, Vol.135, Pt.C. No.4, July1988, pp.319-323.

ÖZGEÇMİŞLERYazarların özgeçmişleri, aynı yazarlar tarafından

sunulan, "Elektrik Enerji Sistemlerinde YatırımPlanlaması" konulu bildiride verilmiştir.


- 222 -

BAŞLANGIÇ KOŞULLARININ FERROREZONANS OLAYLARINAETKİLERİ

ÖZER Mahmut AKPINAR Sefa CEBECİ Mehmet KÜRÜM HasanGOÜ Ekk.Böl. KTÜ Elek.Müh.Böl. Fû Elek.Müh.Böl. Fu Elek Müh Bol

TOKAT TRABZON ELAZIĞ ELAZIĞ

ÖZET: Bu çalışmada enerji sistemlerindekarşılaşılan ferrorezonans olayının oluşumunabaşlangıç koşullarının etkisi ele alınarak

, incelenmektedir. Sistemi modeileyen devreyeilişkin durum denklemlen, başlangıç koşullanaltında önerilen bir yöntemle çözülerekdeğişik koşullarda akım-geniımkarakteristikleri elde edilmektedir. Bunlaryardımıyla sözkonusu koşuilann etkiienizlenmektedir.

1. GİRİŞ

Frekansa bağlılığı yanında geniime debağımlılığı üe doğrusal rezonanstan farklı olanferrorezonans olayı oiuşumu itibariyle;a) Kaynak ya da işletme geniimınde herhangibir nedenle meydana gelen küçük değişmelerb) Anahtariama açısıc) Sistemde bulunan demir çekirdeklerin artıkmıknatıslığıd) Kapasitelerin yük durumue) Devre parametreleri (RX.C)gibi etmenlere bağımlıdır. Bir defa ortayaçıktıktan sonra,a) Devre parametrelerine (R,L,C)b) Demir çekirdeklerin demir kayıplarınabağımlıdır. Ferrorezonans oiayı kendiiçerisindea) Anaharmonik Rezonansb) Altharmonık Rezonansc) Simetrik oimayan Rezonansdiye üç farklı türe sahip olmasına rağmen buçalışmada sadece Anaharmonik Rezonans elealjnarak bunun oluşumuna yukarıdabahsedilen başlangıç koşularının etkilenincelenecektir. AKPINAR/1/ analitik biryöntemle bu tür ferrorezonans olayının

kararlılığını incelemekte, "Sıçrama" ve"Düşme" noktalarının kestınmınıyapmaktadır. II! noiu kaynakta ise önerilensayısal bir yöntemle, histerisız kayıpları daişlemlere katılarak bütün ferrorezonans türienincelenmektedir.

Bu çalışmada yapılan varsayımlar:a) Çekirdekli aygıtiann demir kayıpian ihmaiedilecektir.b) Sanmiar arası kapasiteler ihmai edilecektir.c) Kaynak, ideal bir kaynak olarak elealınacaktır.Bu varsayımlar alünda çekirdeklerin 3-Hkaraktenstıkien Frolich bağıntıları ile ifadeedilecektir.

2. SİSTEM VE İNCELEME MODELİ

Ferrorezonans oiaylan değişik türdensistemlerde görülebılmesıne karşın buçalışmada inceleme modeii Sen Rezonansdevre olan Şekil-1 deki, aynı direk üzerindeçift hatta sahip bir sistem ele alınacaktır.

Şekil-1 Şekii-2Sistem Sen Rezonans Devre

Şekil-1 deki sistemde 1 noiu kesiciaçıldığı zaman geniim trafosu enerji altındaki(a) hatundan, iki hat arasındaki kapasitelerdendolayı rezonansa gelebilir.Dolayısıyla sistemin inceleme modeli şekii-2deki gibi olur İM. Şekil-1 de geniim trafosunurezonansa sokan etkin kapasite (a) ve (b)iletim hatları arasındaki kaüasıte olup hat-


- 223 -

toprak veya kesicilerin kontak arasıkapasueienn bu haide erkin değillerdir.

3. B-H EĞRİSİNİNİFADESİ

MATEMATİKSE

Kullanılan trafoların çekirdekmalzemelerine ilişkin B-K eğnien, hıstersızçevrimleri gözardı edilmek üzere şekıl-3 dekigibi üç farklı gruba ayniabilir/3/. Gerçekdoyma noktası (Hs,Bs) de her üç eğnde biroimasına rağmen dinamik bir davranışincelemesinde çekirdeğin anık mıknatıslıkdurumuna göre üç eğriden bin ile istemlerebaşlanır. Histensız özelliği ıhmai etmemiznedeniyle H(t)'nın ilk tepe değerinden sonrasadece (2) nolu eğn kullanılır. Bu geçiş,akımın değişim biçimini az da oisa etkiler. (2)eğnsı on-jine göre simetnk olduğu için diğeryansı çizılmemıştır. Bu eğnier yardımıyla baş-langıçta çekirdekteki artık mıknatıslık he-saplara kaniarak ferrorezonans üzerine et-kişiincelenir. Her üç eğnde d ve C2 nın değerlerifarklı olmak üzere B(H) karak-terisüği Froiicrrbasması olarak büinen;

bağıntısı ile ifade edilebilir. Buradandiferansiyel geçirgenlik

C,B,İB

^' M,

bağıntısı ile göstenimış olur. CI ve Cısabıtienelimizde bulunan trafo saçianna ilişkin B(H)karaktensuklennden faydala-nılarakbelirlenebilir.

Şekıl-3 Şekıl-4B(H) eğnsi Anahtariama Açı Seçicisi

4. ANAHTARLAMA AÇI SEÇICISI(A.A.S)

Şekil-4 de gösterilen devre kontrollübir anahtar olup bu anahtar arzu edilen andakapandıktan sonra hiçbir şekilde akımın veyagenlimın değişim biçimini etkilemez.

5. DURUM DENKLEMLERİBAŞLANGIÇ KOŞULLARI

Şekil-2 den

VE

d: C(3)

/ = — ( 4)a t

yazılabilir. (3) de akıyı kaçak ve faydalı akıoiarak ayıracak olursak

7/ < L^\ \ f L\ ~\<IH

\ı\J L ^ıV; J at

elde edilir. Buradan L: ortaiama akı yolu, A:çekirdek kesin, 1: kaçak endüktans, N: sanmsayısını göstermektedir.(4) ve (5)'den çözülen•durum denklemlen

T " ) 'a t

dt

(6)

Bu denklem takımının sağ tarafı ye.dolayısıyla H'a- bağımiı oiması nedeniylenonlineer diferansiyel denklem takımıdır.Sayısal çözümleme için Dön Adımlı Runge-Kutta Yöntemi kullanılmaktadır. Zaman anımıoiarak, hızlı değişimler sözkonusu olduğu içinkaynak gerilimi periyodunun (l/200)'ı yanıAt=O.OOOl sn alınmıştır. Anahtariama açısı'nınbaşlangıç koşulu olarak ferrorezonans üzerineetkisini incelemek için

F i ( O = ^ s i n ( W r + a) (7)

ifadesindeki a'ya şekıl-4 deki A. A. S.yardımıyla t=0 da değişik değerler verilir.Çekirdek içerisindeki arak mıknatıslığınbaşlangıç koşulu olarak ferrorezonans


- 224 -

; C A ) 0 . 3 T 5

üzerindeki etkisini inceiemek için (2) nolubağıntının şekıl-3 deki değişik eğrilere aitdeğişik ifadelerini (6) nolu denklem takımındau^(H)':n yenne kullanarak hesaplara katmışoluruz. Şekil-1 de hatlar arası kapasitelerinyük durumlarının başlangıç koşulu olaraketkisini inceiemek için (6) noiu denklemtakımında q(O)'a değişik değerler veniir.

6. SONUÇLAR VE İRDELEMELER

Çalışmada kuilanıian sabitler;B-H eğniennın sabıüen(şekıi-3 için);H,= 14000 As/m, B,<T,^,=7.5E-06 H/m(1) eğnsı için Cı=1131 , C :=İ.92S,B0=B r=İT; (2) eğnsı için C,=234.5 ,C2=1.071 , B0=ö; G) eğnsı için Cı=98.2 :

C2=0.7 . B 0=B r=-lT;Trafo sabiden;

N=446 Sanm , 1=4.4 mH , R=1.65 Q ,

A=24.77 cm : , L=0.4059 m6.1. Anık Mıknatıslığın Ferrorezonans

Üzerine Edası : (6) nolu denklem takımınınçözümüyle elde edilen sonuçlar aşağıdakişeklilerle göstenlmişûr:

•lk,6.ZB3 |

•I ; i i\|

I; t;. >

i ! i1I

t

1

j

R=LO 30=0

Şekil-5Şekil-5'in incelenmesinden görüleceği gibi

B r=lT için Vic'nın etkin değeri V=S7 Voitiken bir sıçrama yokken V=88 Voitolduğunda bir sıçrama olup akımın en büyüktepe değen sekiz kat büyümektedir.

Şekıl-6'da da Br=0 için V=134 Volttaherhangi bir rezonans olmamasına karşın

Ü :\

i '

Şekil-6V=135 Voit olduğunda rezonansçıkmakta ve akımın en büyük tepeonbeş kat anmaktadır.

.Aşağıda şekıl-7'de ise çekirdektekiartık mıknatıslık 3 r = -İT iken sıçrama V=151Voitta görülmemesine rağmen V=152 Voitiken rezonans oluşmaktadır.

ortayadeğen

.0.İ.TZ3

î

•-O.69O1: k-ıo L/*-« if— i fiil

Şekı i-7Bu durumda akımın en büyük tepe değenrezonansla yırm] kat artmaktadır.

Şeklilerin incelenmesinden, ferro-rezonans sabit tutulan diğer koşullar aitmda;a) Br >0 ise küçük genlım seviyelerindeonaya çıkıp akımın en büyük tepe değen diğerdurumlara göre daha az katlanmaktadır.b) Br <0 ise büyük gerilim seviyelerinde

'çıkabilmekte, aynı zamanda akımın en büyüktepe değen de diğer durumlara göreartmaktadır.6.2. Başlangıç Yükü q(O)'ın Ferro-rezonans

Uzenne Etkisi : Şekıl-5,6 ve 7'nın eşliğindeşekıl-3 incelenecek olursa C'dekı başlangıçyükü q(CT) ilea) B r=lT durumunda rezonans genlimıanmakta, akımın en büyük tepe değenyükselmektedir.b) Br=0 durumunda rezonans genlimı veakımın en büyük tepe değen düşmektedir.c) Br= -İT durumunda rezonans genlimıdüşmekte ama akımın en büyük tepe değenyükselmektedir.


- 225 -

ı •> rM M

I

ıoiUII

-t 1< 1

i1

o'1

0

t..o 7 \ / ı• .-o ;( J

i i

i ii

J , i50 100 150 200

Gcnlim' 5

10

ş<

5

- £::rİT—1

0 50 100

Şekıi-36.3. Anahtarlama

Üzenne Etkisi :

10

3 *-ıı>3

5

Ir-I

-

0 ' " ^0

|

J

t50 :oo

Açısının

, r\ i.V x Aı i1 ;\ 1

50 100 150 200

Genlİm

Ferrorezonans

I y

Şekıl-9Değişik a değerlen için elde edüen şekil-9'unincelenmesinden a anahtariama açısı büyükdeğerlere çıknkça rezonansın oluştuğu gerilimseviyesiyle akımın en büyük tepe değerininyükseldiği görülmektedir.

Bu çalışmada, yukarıdaki incele-melerden de görüldüğü gibi ele alınanparametrelerin ferrorezonans olayının sadeceoluşumuna etkilen araştırılmıştır. Araştırmahenüz tamamlanmış olmayıp deneysel kısmıdevam etmektedir.

KAYNAKÇAİM AKPINAR , S. , ".An Approach To TheAnalysıs of Fundamental FrequencyFerroresonance", Electnc Machines andPower Systems , No: 18 , 1990il! .AKPINAR , S. , "Parametnc Anaiysis ofFerroresonance. Inciudine Kvsteresis Effects''

and Power Systems

Transfor-

, Electnc MachinesNo: 18 , 1990İV AKPINAR , S. ; "Tek Fazlımatörlerden Oluşan TransformatörBankiannda Açma-Kapama açısınm veÇekirdek Anık Mıknatıslığının Geç:ci-HalDavranış Üzerine Etkıien" , ElektrikMühendisliği II Ulusal Kongresi, Eylül 1987 ,ODTÜ,ANKARA

ÖZER Mahmut : 1970Tokat doğumiu olup 1992yılında İTÜ Elektronik ve

Haberleşme Müh.Böl. 'denmezun oldu. Halen Tokat

GOÜ Elektrik Böl. 'de öğretimgörevlisi olup KTÜ Elek.-Elektronik Müh.

Böl.'de master çalışalanna devametmektedir.AKPINAR Sefa : 1948Erzurum doğumlu oiup1972'de İTÜ Elektrik Müh.Fak.'den mezun oiduktan

sonra 1974'de KTÜ'de asis-tan oldu. 1976-1980 yıilan arasında

Unıversıty of Strathclyde (İskoçya)'dadoktora eğitimini tamamladı. 1982'deYrd.Doç. , 1986'da Doç. , 1992'de Profesöroidu. Halen KTÜ Elek.-Elektronık Müh.

Böl.'devürütme

bölüm başkanlığı görevini

CEBECİ Mehmet : 1960Erzincan doğumlu oiup1979'da Elazığ DMMA

Eiektnk Müh.Böl. biurai.1993'de Yrd.Doç. oldu.

Halen FÜ Eiek.Müh. Böl.deüyesi olarak çalışmaktadır.

' KÜRÜM Hasan: 1956Elazığ Doğumlu oiup

1979'da Elazığ DMMAElektrik Müh.Böl. bıur-

dı.Halen FÜ ElektnkMüh. Böl.'de Yrd.Doç.

olarak çalışmalarını sürdürmektedir.


- 226 -

Üstüniletkenlerin Güç Sistemlerindeki Uygulama Alanları

H.Lale ZEYNELGİL

İ.T.Ü. Elektrik-Elektronik FakültesiElektrik Tesisleri Anabilim Dalı Ayazağa 80626 İSTANBUL

ÖZET

Üstüniletkenler çok geniş olanuygulama alanları ile gelecek içinoldukça ümit vericidir. Bu çalışmadaönce üstüniletkenler kısaca tanıtılacakve sonra elektrik enerjisi üretim, iletimve dağıtımındaki uygulama alanlarıhakkında bilgi verilecektir.

1. GİRİŞ

Üstünıietkenler sıcaklıkları belirli birdeğerin altına düşürüldüğü zaman,doğru akım ile elektriksel dirençleri sıfırolan malzemelerdir İM. Üstüniletkenlikilk olarak 1911'de Hollandalı fizikçiHeike Kammerlingh Onnes tarafından,civayı mutlak sıfır civarına soğuttuğuzaman elektrik akımına dirençgöstermediğini gözlemesi ilekeşfedilmiştir. Üstüniletkenlikdurumunun ortaya çıktığı sıcaklıkdeğeri kritik sıcaklık olarak bilinir ve busıcaklığın altında dirençleri sıfır olur vediamağnetizma gösterirler. Kritiksıcaklık değerine göre üstüniletkenlerdüşük sıcaklık üstüniletkenleri veyüksek sıcaklık üstüniletkenleri olarakiki gruba ayrılırlar. Sıvı helyumsıcaklığında üstüniletken hale geçenkurşun, kalay, civa gibi metaller veNbTi, Nb3Sn, Nb3Ge gibi metalalaşımları düşük sıcaklıküsîuı ı,(etkenleri grubuna girerler.Yüksek sıcaklık üstüniletkenleri ise sıvıazot sıcaklığında üstüniletken halegeçen Y Ba 2 Cu 3 0 7 gibi çeşitli metaloksitleridir. Bunların üstünlükleri, sıvıazotun sıvı helyuma göre daha ucuzolması ve daha kolaysaklanabilmesidir. Sakıncaları ise, akım

taşıma kapasitelerinin çok düşükolması ve kırılgan olmalarıdır. Ancak,çeşitli araştırma grupları tarafındangeliştirilen üstüniletken malzemedenince filmler yapma, plazma püskürtmetekniği ile önceden şekillendirilmişyüzeyler üzerine üstüniletkenbileşiklerin kaplanması gibi yöntemlerile bu sakıncalar giderilmektedir.

Yukarıda da belirtildiği gibi, kritiksıcaklığın altındaki sıcaklıklarda ancakdoğru akımdaki direnç aniden sıfıradüşer. Alternatif akımda ise, normaldurumdakine göre, çok küçük olmaklaberaber, bir direnç söz konusudur. Budirencin değeri uygulanan alternatifakımın frekansına ve sıcaklığa bağlıdır.

Tanımdan da anlaşıldığı gibi,üstüniletken malzemeye hiçbir dişmağnetik alan uygulanmazken, sıcaklıkkritik sıcaklık değerinin altınadüşürüldüğünde malzeme tamamenüstüniletken duruma geçer. Bir dışmağnetik alan uygulanması durumundaise, uygulanan alanın belirli değerleriiçin malzemenin bazı kısımları normal,bazı kısımları da üstüniletken olabilir.Bu olayın gerçekleştiği üç olası durumvardır: Ara durum, karma durum veyüzey üstüniletkenliği. 1961 yılındanberi yapılan araştırmalarla ara durumgösteren malzemelerin asla karmadurum göstermedikleri ve karma durumgösteren malzemelerin de asla aradurum göstermedikleri anlaşılmıştır.Buna göre, üstüniletken malzemelerTip-1 ve Tip-2 üstüniletkenler olmaküzere iki gruba ayrılmaktadır. Tip-1üstüniletkenler ara durum gösteren

ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ 6. ULUSAL KONGRESİ- 227 -

malzemeler olup, kurşun, civa gibimetallerdir. Tip-2 üstüniletkenler isekarma durum gösteren malzemelerolup, daha çok üstüniletken alaşımlarve bileşikler bu gruba girerler.

Üstüniletkenin güç sistemlerindekiuygulama alanlarından bu çalışmadagözönüne alınanlar, elektrik makinala-rında, transformatörlerde ve enerjiiletim hatlarında üstüniletkenkullanılmasıdır.

2. ÜSTÜNİLETKENLİ ELEKTRİKMAKİNALARI

Üstünıletkenlerin elektrik makinalarınauygulanması Tip-2 üstüniletkenler ilepratik solenoidlerin yapılması mümkünolur olmaz önreilmiştir. ilk denemelerhomopolar makinalar üzerinde yapılmışve başarılı sonuçlar elde edilmiştir.Üstüniletkenlerin alternatif akımmakinalanna uygulanması ile ilgili ilkdenemeler ise, o esnada Tip-2üstüniletkenlerin soğutulması ile ilgiligüçlükler nedeniyle sorunlarla doluydu.

Üstüniletkenli senkron makinalarınanalizinde ilk çalışmalar makina içinyapısal düzenlemenin araştırılmasınayönelikti. Yapılan çalışmalar hep aynısonuca varmıştır: Üstüniletkenlisenkron makina için en uygun yapı,normal iletkenden yapılmış statorsargıları içinde dönen üstüniletkenuyarma sargıları biçimindedir İM,121.

Üstüniletkenli senkron makinalarüzerine yapılan çalışmalarda ikinciadım, dönen uyarma sargılarınınyarattığı sorunları ortadan kaldırmakiçin, rotorda bulunan üstüniletkenuyarma sargılarının durduğu ve statorsargılarının döndüğü tasarımlarındenenmesi olmuştur. Sonuç olarak, butasarımın sadece 100 kVA' e kadarolan güçlerde mümkün' olduğugörülmüştür.Bundan sonraki adım, çeşitli küçükmakinaların tasarımı ve yapımı

olmuştur. ilk dönen üstüniletkenuyarma sargılı senkron generatör 1970'de M.I.T.' de yapılan 45 kVA' lıkgeneratördür I M,121. Bunu takiben,çeşitli araştırma grupları tarafındangiderek daha büyük güçlerdeüstüniletkenli senkron generatörleryapılmıştır.

Bugün için, yapılan çalışmalar sonucu,senkron makinalarda üstüniletkenlerinen uygun kullanım şeklinin dönenuyarma sargıları biçiminde olduğuortaya çıkmıştır. Bu durumda,üstüniletkenli senkron makinanınrotorunda oldukça büyük bir akımyoğunluğu ve bunun sonucu olarakbüyük bir ampersarım oluşur. Bununyanısıra, üstüniletken sargı büyük birmağnetik alan oluşturur. Akım ve akıyoğunluklarının büyük olmasınedeniyle, üstüniletkenli senkronmakinada, hem rotorda ve hem destatorda mağnetik malzeme olarakdemir kullanılmamaktadır İM,İZİ. Demirçekirdek kullanılmaması ile makinanınağırlığı ve çekirdekteki kayıplar azalır.

• Faydalı akı yoğunluğu arttığı için, statorkayıpları azalır, ki buda boyutlarınküçülmesi, verimin artması, vemaliyetin azalması demektir. Diğer birüstünlük de, senkron reaktansın düşükolması ve bunun sonucu olarak geçiciçalışma koşullarında, şebekeninkararlılığının iyileşmesidir İM,121. Buüstünlüklerin yanısıra, rotor ve statordademir kullanılmamasının yarattığı bazısakıncalar da vardır. Bu sakıncalarıortadan kaldırmak için, makina tabakalıdemir zırh ile kuşatılır.

Üstüniletkenli senkron makina esasolarak hava-çekirdekli makinadır. Buyapının getirdiği önemli bir özellik,uyarma sargısı ile stator sargısı arasınabir veya daha çok sayıda olabilen verotor ile eşeksenli silindirik ekranyerleştirilmesi gerekliliğidir. Buekran(lar)ın temel işlevleri, üstüniletkenuyarma sargısını geçici çalışma


- 228 -

koşullarında stator sargılarında üretilendeğişken mağnetik alanlara karşıkorumak (ekranlamak), bir bozucusonrasında senkron hız civarındaoluşan rotor salınımlarını söndürmek,uyarma ve stator sargıları arasındaminimum akı kaçağı sağlamak veüstüniletken uyarma sargısı için, iyi birısıl yalıtım sağlamaktır. Birbiri ileçelişkili özellikler gerektiren bu işlevlerigerçekleş-tirebilmek için, farklıözelliklere sahip iki ekran kullanılır:Birincisi, düşük sıcaklıktı, hafif vedağılma zaman sabiti uzun olan bir içekran olup. görevi üstüniletken uyarmasargısı için. ekranlama ve ısıl yalıtımsağlamaktır. İkincisi ise, ortam sıcak-lığında, dayanıklı malzemeden yapılmışve dağılma zaman sabiti kısa olan dışekran olup, amortisör görevi yapar.

Üstüniletkenli senkron makina ile ilgiliçalışmalarda esas amaç, tamamenüstüniletkenli (hem rotor ve hem destatorda üstüniletken sargı kullanılan)makinaların geliştirilmesidir. Yükseksıcaklık üstüniletkenlerinin bulunması,üstüniletken uyarma sargılı senkronmakinaların geliştirilmesini sağlamıştır.Tamamen üstüniletkenli senkronmakinalar ise, 50-60 Hz.' de düşükkayıplı üstüniletkenlehn geliştirilmesi ilegündeme gelmiştir 141. Bu makinalarda,ağırlık ve kayıplar, sadece rotorundaüstüniletken sargı kullanılan makinalar-dakine göre daha da azalmaktadır.

3. ÜSTÜNİLETKENLİTRANSFORMATÖRLER

6O'lı yıllarda büyük mıknatıslardakullanılabilecek üstüniletkenlerin bulun-ması, üstüniletken sargılı transfor-matörlerle ilgili çeşitli projeleringeliştirilmesine yol açmıştır. 1961' den1977' ye kadar yapılan çalışmalar genelolarak üstüniletkenlerinli transfor-matörlerin faydalı olmadığını göster-miştir İM,131J Al. Bunun nedeniüstüniletkenlerin alternatif akımda

küçük de olsa bir elektriksel direncesahip olmaları ve alışılagelmiştransformatörlerin verimlerinin zatenyüksek olmasıdır. Elde edilensonuçlardan, düşük sıcaklıküstüniletkenieri kullanılan transforma-törlerin ancak 1 MVV" dan büyükgüçlerde alışılagelmiş transforma-törlerden daha verimli olduğuanlaşılmıştır. 1980'lerin başlarındaalternatif akım direnci ve dolayısıylaalternatif akım kayıpları düşük olanüstüniletkenlerin geliştirilmesiyleüstüniletken transformatörler tekrar ilgiodağı olmuştur /4/,/5/. Butransformatörlerin en önemli özellikleri,ağırlığın ve kayıpların azalması,dolayısıyla verimin artması ve mekaniktasarımın oldukça basitleşmesidir.

4. ÜSTÜNİLETKENLİ ENERJİİLETİM HATLARI

Giderek artan enerji gereksinimineparalel olarak , güç sistemleri degiderek büyümekte vekarmaşıklaşmaktadır. Ayrıca, santrallaryakıt kaynaklarına yakın olması için yada güvenlik sebebiyle tüketicimerkezlerinden uzak yerlere kurulurlar.Dolayısıyla, iletim hatlarının katettiklehmesafeler de giderek artmaktadır. Bunedenle , daha büyük güçleri dahauzak mesafelere iletebilmek içingiderek daha yüksek gerilim kademelerikullanılmaktadır. Ancak, havahatlarında, kullanılacak taşıyıcıdireklerin boyutları ve işgal ettiklerialan , radyo ve TV yayınlarına olanbozucu etkiler, iletilen güç büyüdükçeartan kayıplar ve yeraltı kablolarındaise, tesisin pahalıya malolması veiletkenin direnci nedeniyle oluşan ısınınyayılması gibi sorunlar kullanılacakgerilim değerlerini sınırlamaktadır. Busorunların çözümü için,üstüniletkenlerin enerji iletimindekullanılması büyük üstünlüklersağlayacaktır. Üstüniletkenli enerjiiletim hatları, alışılagelmiş vüksek-


- 229 -

basınçlı yağ-doldurulmuş yeraltıkabloları ile karşılaştırıldığında dahaverimli, daha düşük gerilimlerde vedaha az masraf ile çalışacaklardır.Literatürde, deneysel amaçlı muhtelifüstüniletkenli kablolar tasarlanmış, imaledilmiş ve denenmiştir/1/,/3/,/6/.

Bir üstüniletkenli alternatif akım iletimhattında oluşan kayıplar üç gruptatoplanabilir 121: Alternatif akımla ilgilikayıplar (üstüniletken içindeki akıhareketi nedeniyle oluşur), gerilimebağlı kayıplar (kablo yalıtkanınındielektrik özelliklerine dayanır) vesoğutucunun çalışması için gereklienerji. Bu kayıpların hepsi de hattınuzunluğu ile doğru orantılı olark artar.

Üstüniletkenli doğru akım iletimhatlarında ise, akıma ve gerilime bağlıkayıplar sözkonusu değildir. Ancak , budurumda hattın her iki ucundaki evirici/çevirici istasyonların getireceği ekmasraflar ve verimsizlik söz konusudur.Bu masraflar ve kayıplar uzunluktanbağımsız olduğundan, üstüniletkenlidoğru akım iletim hatları ancak çokuzun mesafeler için uygun olmaktadır.

Yüksek sıcaklık üstüniletkenlerindekigelişmeler üstüniletkenli enerji iletimhatları konusundaki çalışmalarıhızlandırmıştır. Bunlar bilinen ilküstüniletkenlerden daha yüksek akımyoğunluklarına sahip oldukları için,pratik kullanıma daha uygunolmaktadırlar. Bunun yanısıra,soğutucu kayıplarında azalma ve sonuçolarak verimde artış sağlarlar.

5.SONUÇLAR

Üstüniletkenlerin bu çalışmada elealınan güç sistemi uygulamalarınıngelecek için çok ümit verici olduğugörülmektedir. Sonuç olarak, ortamsıcaklığında üstüniletken olabilen vepratik uygulamalar için gerekli olaneğilip bükülebilme, yüksek akımyoğunluğu gibi özelliklere sahip

malzemeler geliştirildiğinde, enerjiüretim, iletim ve dağıtımında gerçek birdevrim olacağını söyleyebiliriz

KAYNAKÇAİM L. Zeynelgil, "Üstüniletkenli Senkron

Makinalarda Kararlılık Analizi",Doktora Tezi, İ.T.Ü., 1994

/2/J.L Smith.Jr, "Overvievv of theDevelopment of SuperconductingSynchronous Generators", IEEETrans. on Magnetics, Vol. MAG-19,No. 3, May 1983

/3/R.F.Giese,T.P.Sheahen,A.M.WolskyD.K.Sharma, "High TemperatureSuperconductors: Their Potentialfor Utility Applications", IEEE Trans.on Energy Conversion, Vol. EC-7,No. 3, September 1992

I Al A. Fevrier, "Latest News AboutSuperconducting SynchronousA.C. Machines", IEEE Trans. onMagnetics, Vol. MAG-24, No. 2,March 1988

151 A. Fevrier, J. P. Tavergnier,Y. Laumond, M. Bekhaled"Preliminary Tests on a Super-conducting Power Transformer",IEEE Trans. on Magnetics, Vol.MAG-24, No. 2, March 1988

161 M.G.Akdoğan, "Süpehletken Kablo-lar, Bitirme Ödevi, İ.T.Ü., 1994

ÖZGEÇMİŞ1959 yılında İspar-

ta' da doğanH. Lale Zeynelgililk ve orta öğreni-mini İstanbul' datamamladı. 1982yılında İ.T.Ü.Elek-trik Fakültesi Ener-ji bölümünden

mezun oldu. 1985' de Y.Lisans, 1994yılında Doktora öğrenimini tamamladı.1983' den bu yana İ.T.Ü. Elektrik-Elektronik Fak., Elektrik TesisleriAnabilim Dalı' nda Araş. Görevlisiolarak çalışmaktadır.


- 230 -

NÜKLEER GÜÇ (ENERJİ) SANTRALLERİNİNİŞLETMESİNDEKİ TEKNİK SORUNLAR VE ÇEVRE

Musa ÖZTUFAN Sadık SİRKEOĞLU

TMMOB Elektrik Mühendisleri Odasıİzmir Şubesi Enerji Komisyonu

KONU: Bu bidirimizde;Nükleer güç (enerji) santrallerinin, bellibaşlı "tasarım esaslı" kazalar sırasındaçevreye radyoaktivite yayılmasına en-gel oluşturmak üzere reaktör korunuçevreden yalıtan "KORUMA KABUĞU"nun dizayn şekilleri ve kaza anındameydana gelebilecek sorunları ile nük-leer reaktörlerin operasyon ömürlerisüresince güç üretimlerine ve çeşitliünitelerinde kullanılan malzemeyebağlı olarak oluşan yaşlanma prob-lemleri, güvenlik ve çevre olgularıışığında ele alınmaya çalışılmıştır.

NÜKLEER REAKTÖR KORUMAKABUKLARI

Bir nükleer reaktörün koru (Çekirdeği)büyük miktarda radyoaktif madde içerirve bunun çok küçük bir bölümü bileaçığa çıksa binlerce kişinin ölümüneve milyarlarca dolar maddi zarara yolaçabilir. Böyle bir durumu önlemek içinçoğu reaktörün korunu çevredenyalıtan bir koruma kabuğu vardır.Koruma kabukları, belli başlı "tasanmesaslı" kazalar sırasında çevreyeradyoaktivite yayılmasına engel oluş-turmak üzere tasarlanmıştır. Tasarımesaslı bir kaza tipik olarak bir reaktörborusunun patlaması nedeni ile reak-törce soğutucu kaybını ve sonuç ola-rakta büyük miktarda yüksek sıcaklıktabuharın koruma yapısı içine boşal-masını içerir. Koruma kabuğu yoksa,buhar basıncı standart endüstriyelduvar ve çatıları patlatabilir ve atmos-fere radyoaktivite yayılır.Koruma Kabuklan için GenelTasanm Ölçütleri ve Sızıntı Oranı:Koruma kabuklan olabilecek her kaza

ya dayanıklı olarak tasarlanmaz;"kabul edilebilir" miktardan fazlaradyoaktif madde yaymayan tasarımesaslı kazalara dayanmak üzeretasarlanır. Fakat tüm reaktörlerdekoruma kabuğunun tasarım esasınıaşan kor erimesi yada hidrojenpatlamaları gibi kazalar olabilir. 1990yılında her biri farklı koruma kabuğunasahip beş nükleer enerji santralindekişiddetli kaza riskleri ile ilgili birincelemede, Çözümlenen beştasarımdan hiçbirinin şiddetli bir kazasırasında sağlam kalmayı başara-mıyacağını göstermiştir. (1) Korumakabukları üzerinde: reaktöre susağlamak, güvenlik ekipmanına enerjiiletmek yada koşullan izlemek içinborular, araçlar ve kabloların korumayapısına girdiği-çıktığı çok sayıdanokta vardır. Reaktörden türbününebuhar götüren ana buhar kanallarıkoruyucu kabuğun delindiği nokta-lardır. Valfler ve kaynak noktaları, kor-uma kabuğunun bütünlüğünden ödünvererek sızıntı yapabilir. Korumakabukları, aynı zamanda çalışanlarınbakım yada onarım yapmak için giripçıktıkları kapı ve kapaklarada sahiptirve bunlarda sızdırabilir. Sonuç olarak,koruma kabukları genellikle yönet-meliklerin istediği ideal sızdırmaz kal-kanı sağlamamaktadır.

Koruma kabuğu tipleri, korumakabuğundan ısı atılması, hidrojendenetimi:Nükleer enerji santralleri şiddetlikazalar sırasında tehlikeli miktardahidrojen üretir. Bu kazalarda hidrojeninana kaynağı, sıcak buharla uranyumoksit yakıt iğnelerini tutan tüpleri


- 231 -

yapmakta kullanılan zirkonyumalaşımı arasındaki bir kimyasalreaksiyondur.Hidrojenin yanması yada patlaması,

koruma kabuğu içindeki güvenlikekipmanını ve koruma kabuğu giriş-lerinin geçirimsizliğini bozarak yadakabuğu aşırı basınçla zorlayarak,radyasyon yayılmasına yol açabilir.Genel olarak hidrojen patlamasınıönlemek için, ya hidrojen yoğunluğunupatlama düzeyleri altında tutmak yadakoruma kabuğu içinde atıl halegetirilmiş veya oksijensiz bir atmosfersağlamak gerekir. Bir kaza sırasındakoruma kabuğununda soğutulmasıdagerekmektedir. Soğutma sistemi,"herhangi bir soğutucu kaybıkazasının ardından, başka ilgilisistemlerin işlevleri ile uyumluolarak koruma kabuğu basıncını vesıcaklığını hızla düşürmeye ve onlarıkabul edebilir düşük düzeylerdetutmaya" hizmet etmelidir. Korumakabuğundan ısı atılması sisteminin anabileşenleri düzenli olarak denetlenmelive tüm sistem periodik olarak denen-melidir. Bir soğutucu kaybı kazası ilebaşa çıkmak üzere Koruma Kabuğu yapatlayan bir borudan atılan buharın birkısmını yoğunlaştırmak, böylelikle ko-ruma kabuğu içindeki basınç artışınısınırlamak üzere tasarlanmıştır; yadabir soğutucu kaybı kazasından kay-naklanacağı hesaplanan basınca kabakuvvetle dayanmak üzere tasar-lanmıştır. İlk tasarım basınç düşürmekoruma kabuğu, ikincisi ise büyük,kuru koruma kabuğu diye adlandırılır.Basınç düşürme tasarımının biravantajıda küçük ve daha ucuz birkoruma kabuğunun kullanılabilmesidir.Tipik bir basınç düşünme korumakabuğunun hacmi 2500 metreküpcivarında olup büyük, kuru korumakabuklarının yaklaşık onda biridir.Yüzer platformlar üzerine yapılarak,açık denizlerde demirlenmesi dü-şünülen buz yoğunlaştırmalı basınç

koruma kabuklu santrallerde tasar-lanmıştır. Bu tasarımlarda buharı yo-ğunlaştırmak için büyük buz kafes-lerinin kullanılması ve koruma kabuk-larının daha küçük ve hafif olmasısağlanacaktı. Basınçlı su reaktörleriniçoğu büyük kuru koruma kabuklarınasahiptir. ABD'de toplam 59 adet sant-ralde bu tip koruma kabukları bulun-maktadır. Bu yapılar soğutucu kaybıkasasının basınçlarına dayanması içingereken hacim ve çok sağlam vedayanıklı bir yapıya sahip olacakbiçimde tasarlanmıştır. Büyük, kurukoruma kabuğunun bir değişik biçimibir kaza sonrasında koruma kabuğuiçindeki ilk basınç yükselmesininardından, içerde hafif bir vakumyaratmak üzere bir soğutulmuş sufıskiyesi kullanan Sübatmosferikkoruma kabuklu bir tasarımdır. Vakumbir kez oluşturulduktan sonra, küçükkoruma kabuğu sızıntıları, dışarıyaradyasyon sızmasından çok içeriyehava sızması ile sonuçlanır. A.B.D'deki7 santral sübatmosferik korumakabuğuna sahiptir.Koruma Kabuğunu ParçalayabilenKazalar:NUREG-1150 incelemesindeyukarıda kısaca açıklanmış olankoruma kabuğu tasarımlarınınherbirinin bozulmasına-yıkılmasına yolaçabilecek aşağıdaki kaza gelişmeleribelirlenmiştir. Santralda ElektrikkesilmeshBazı santrallarda tümsahadışı ve sahaiçi AC elektrikkesilmesi en büyük kor erimesinedenlerinden birdir. Elektrik enerjisiyokluğunda acil kor soğutma kaybıbirkaç saat içinde tahribata yolaçabilir.Buhar patlaması: Suya dökü-len erimiş metal hızla büyük miktardabuhar üretebilir. Acil kor-soğutmasistemlerinin iflası reaktör yakıt ko-runda bir erime olayına yolaçabilir.(Uranyum oksit 2760 santigratderecede erir.) Erimiş kor reaktöründibindeki suyun içine düştüğü zamanortaya çıkan buhar patlama sı reaktör


- 232 -

kabının tepesini koruma kabuğuduvarına fırlatarak koruma kabuğubozulmasına yol açar.Yada erimiş kor, reaktör kabını

eriterek koruma kabının dibindeki suyadüşebilir. Ortaya çıkan buhar aşırıbasınca ve koruma kabuğunun bozul-masına neden olur. Yüksek-BasınçErime İtkisi : Bir elektrik kesilmesininardından, eğer reaktör soğutmasistemi sağlam kalırsa, reaktördeki sukaynar ve oluşan buhar basınç-düşür-me valflarıyia koruma kabuğu içinesalınırsa kor açığa çıkacaktır. Sonuçtareaktör soğutma sistemi yüksek birbasınç düzeyinde kalırken, kor erimesiolur. Reaktör koru reaktör kabınındibini erittiğinde, sistemde kalan buharbasıncı erimiş koru koruma kabuğunafışkırtır. Bu olay koruma kabuğununhızlı ve doğrudan ısınması ve bo-zulması ile sonuçlanabilir. KorumaKabuğu "Bypass"ı En ciddi kazatiplerinden biri, koruma kabuğudışındaki bazı boru sistemlerininbozulmasını içerir. Bunun sonucundareaktör soğutma suyu zarar görenborudan çıkarak koruma kabuğuyapısının dışına atılır. Zarar gören bo-ru acil kor-soğutma sisteminin birparçasıysa, bu durum bir erime olayıile radyoaktif maddelenn sağlam birkoruma kabunu aşarak (bypass)dışarıya atılmasına yol açar. Böyle birkaza yanm saatte korun açığaçıkması, 45 dakikada kor erimesi,birbuçuk saatten az bir sürede isehalk için 100rem düzeyinde dozlarlasonuçlanabilir.

NÜKLEER ENERJİSANTRALLARININ YAŞLANMASI

Bu bölümde yaşlanma sürecininkapsamlı bir incelemesi yapılmamışfakat yaşlanmaya bağlı olarak nükleerenerji santralı güvenliğinin bozulmasıhakkında aydınlatıcı bilgi sunulmayaçalışılmıştır.

I.BVVR ve PWR tipi Hafif SuReaktörlerinde Boru İncelmesi: Butür bozulmalar, sadece su taşıyan tek-fazlı tesisatta ve hem su hem buhartaşıyan iki fazlı tesisatta oluşur.Zaman geçtikçe boruların iç yüzeyikorozyona uğrar ve bir oksit tabakasıortaya çıkar.Bu tabaka kaldığı sürecekorozyon durur.Halbuki, oksit metaldendaha zayıftır ve borulardan geçen sıvıoksiti aşındırır.Oksit tabakası bir kezaşındımı, boru yine korozyona uğrar.Korozyon ve erozyonun dönüşümseletkisi herbir sürecin tek başınayapacağından çok daha hızlı birbiçimde boruyu inceltir.Tesisatlardakibu soruna hem BWR ama daha çoktaPWR tipi santrallarda rastlanmıştır.NUREG-1150 incelemesinde 34santralin boru sistemlerinde incelmeolduğu tespit edilmiştir.II.Kaynar Su Reaktörlerinde BoruÇatlaması: A.B.D'deki birçok BVVR'deintergranüler gerilim korozyon çatla-ması - intergranular stress comsioncracking-(IGSCC) olduğu bulunmuştur.IGSCC oluşumu için üç öğenin varlığışarttır.korozyona yol açıcı bir çevre,duyarlı malzeme ve gerilmeşiddeti.BWR birincil tesisa-tında,birincil soğutucu içindeki çözün-müşoksijen düzeyine bağlı olarakkorozyona yol açıcı bir çevre oluş-maktadır. NRC'nin Boru Çatlaklarıİnceleme Grubu milyonda 0.2'lik biroksijen düzeyinin, BVVR boru sistem-lerindeki duyarlı malzemeyle birleş-tiğinde, IGSCC'nin oluşumu için yete-rince yüksek olduğu sonucuna var-mıştır. Ne yazıkki, BVVR'lerin birinciltesisatlarında yaygın olarak kullanılan304 ve 316 tipi "austenitic" paslanmazçelikler yüksek korbon içeriklerinedeniyle çok duyarlı malzemelerdir.Bunların duyarlılıkları, kaynak sırasın-da metal ısıtıldığında gerçekleşençeliğin duyarlılaşmasına bağlı olarakartmaktadır. IGSCC'nin oluşması için


- 233 -

son öge olan gerilme şiddeti iç sistembasıncı, boru, sıvı ve yalıtımın ağırlığı;

Tesisatın ışıl genleşmesinin gerilimi venormal işletme titreşimlerinden dep-remlere kadar değişen dinamik yüklertarafından üretilir. (2) IGSCC'nin kay-nar su reaktörlerinin yeniden dolaşımtesisatı içindeki bazı alanları etkilediğibulunmuştur. IGSCC'ye bağlı olarakbozulma görülen yerler şunlardır:kaynak ısı etki alanları, genelliklekaynağın iki yanındaki alanlar;reaktör "safe end"leri dahil yükseksıcaklıkta duyartılaşmış bileşenler;kaynak metali; dirsek, valf ve T-eklemleri içeren paslanmaz çelikdöküm kaplar; yeniden dolaşımtesisatını reaktör kabına bağlayankısım ve "safe end'Mer gibi yüksekısıl gerilimlere maruz kalan alanlar.(3) Sonuç olarak, boru çatlakları içinen iyi çözüm, tesisatı düşük karbonyada nükleer tipi paslanmaz çelik iledeğiştirmektir. Birçok santral bu yolagitmiştir. Fakat bu hem pahalı hem deuzun zaman alan bir iştir. 1984'te,Georgia Power Company'nin Hatch-2reaktöründeki tesisatı değiştirmesiyedibuçuk ay sürmüş ve yerinekonması gereken enerji gideri hariç 60milyon doların üzerinde harcamayapılmıştır.(4) Böyle harcamalar karşı-sında elektrik idareleri, boru çatlamasıile başa çıkmanın alternatif yollarınıaramışlardır. Bu yöntemler şunlarıiçerir: Boru kaynaklarının tabakalar ha-linde yapılması, endüksiyon ısı gerilimiyileştirilmesi (IHSI), soğutma suyunahidrojen eklenmesi ve mekanik gerilimiyileştirme işlemi (MSIP). Yukarıdakiönlemlerinde tam bir çözüm olmadığısonradan görülmüştür. Örneğin, hid-rojen ekleyerek soğutma suyununkimyasını değiştirmek IGSCC etkisiniazaltır, ama suyun radyasyona maruzkalma oranını 5 kat arttırır.

III. Buhar Jenaratörierinin BozulmasıBuhar jeneratörlerinin, yaşlanmaylailgili sorunlara en duyarlı reaktörbileşenlerinden biri olduğu kanıt-lanmıştır. Yalnız basınçlı su reaktör-lerinde bulunan buhar jenaratörününişlevi birincil sistem soğutucusundanikincil sistem soğutucusuna ısı trans-feridir. Birincil soğutucu radyoaktiftirve kaynanaması için yüksek basınçaltındadır. Birincil soğutucu buharjenaratörü içinden akarak ikincil sis-tem soğutucusunu ısıtır, ikindi sistemsoğutucusu o kadar yüksek basınçaltında değildir ve santralın türbininiişleterek elektrik üretecek buharı oluş-turmak üzere kaynar. Buhar dahasonra yoğuşturucu içinde soğutulur vesıvıya dönüşür. Sonra soğutucu ikincilsistemde yeniden dolaştırılır. Buharjeneratörleri aşağıdakileri içeren birçokyaşlanma sonuçlarına yatkındır bunlar: wastage (aşınma), denting(çökme), pitting (çukurlaşma),fretting (incelme) ve hafif sureaktörlerindeki başka tip tesisatlardada yaşanmış olan intergranülerbozulma (IGB), intergranüler gerilimkorozyon çatlakları (IGSCC).VVastage (aşınma):Tüplerin incelmesi ve sonunda dasızıntı yapmasına yada patlamasınaneden olan dış yüzey korozyonudur.Bu tür bozulma ikincil su sistemindekullanılan sodyum fosfat katkılarındankaynakfanır.Dentin (çökme): karbon çelik tüpdesteklerinin üzerinde koruyucuolmayan magnetit birikimi nedeniyleoluşur. Bu da buhar jenaratörütüplerinin biçimini bozar. Bu biçimbozulması tübü intergranüler bozulmave intergranüler gerilim korozyonçatlaklarına daha yatkın hale getirir.İntergranüler bozulma (IGA) veintergranüler gerilim korozyonçatlakları (IGSCC): BvVR'lerdeki diğerboru sistemlerindeki bozulmalaraneden olanlarla aynı öğeler tarafından


- 234 -

oluşturulur. IGA'nın IGSCCA'den farkımetal üzerinde gerilme olmadan daoluşabilmesidir. IGA ve IGSCCAgenellikle birarada ve hem tüplerdehemde tüp destek plaklarında oluşur.Pitting (çukurlaşma): Buharjeneratörü tüplerindeki bozulmanın birbaşka biçimidir. "Pitting" genelliklejeneratörde artıkların biriktiği alandagörülür, tüplerin dışında oluşur vedüzensiz bir korozyonla sonuçlanır.Fretting (inceleme): Buhar jeneratörütüp destek plakalarının titreşimnedeniyle tüp yüzeyinde yarattığıincelmedir. Titreşimin nedeni, dentingve soğutucunun anormal akışını daiçeren birkaç öge olabilir.(4) Sonuçolarak, bozulmaya uğrayan buharjeneratörü tüpleri, gözden kaçtığıtakdirde potansiyel olarak faciayadönüşebilecek bir dizi olayı başlatarakpatlayabilir. Bir buhar jeneratörütübünün patlaması özellikle önemlidir,çünkü birincil (radyoaktif) ve ikincil(radyoaktif olmayan) soğutmasistemleri arasında kurulmuş engelidelerek ortadan kaldırır. Böyle bir delikyüksek basınçtaki birincil radyoaktifsoğutucunun dakikada binlerce litrelikbir hızla ikincil sisteme akmasına izinverebilir. Santralı işiletenlerin bu olayıfarkedemediği veya doğru kararvermediği durumda, ikincil sistemdeartan basınç, ikincil sistemdeki acildurum valfları zorlayarak açar veçevreye radyoaktif gaz yayılmasınaneden olur.

IV. Basınçlı Su ReaktölerindeReaktör basınç Kabının ve ReaktörBasınç Kabı DesteklerininKıniganI aşması; Reaktör basınçkaplarının nötronlarla ışınlanmakırılganlığı, bir, PVVR'nin işletmeömrünü belirleyen tek başına enönemli öğe olabilir. Basınç kabınıntasarımı, tüm PvVR'ler için genellikleaynıdır. Üretici kim olursa olsun, PVVRkapları genellikle, kabın yapısınıoluşturmak üzere biçimlendirilerek

kaynaklanan, 20cm kalınlığındaki çelikplakalardan oluşur. Bu yapı ile ilgili enönemli yaşlanma sorunu kırılgan-laşmadır. Kırılganlaşma, uzayıp geniş-leyebiime - esneyebilme özelliği (duc-tility), yani basınç kabı metallerininçatlamadan gerilime dayanabilmeözelliğinin kaybıdır. Bu durum kabıoluşturan metallerin nötronlarlabombardımanından kaynaklanır vemetalin içerdiği bakır ve nikel miktarınave nötrona maruz kalma ölçüsüneyada akışına bağlanabilir. Reaktörbasınç kabındaki metal radyasyonlabombardımana uğradığı zaman,yüksek enerjili atomiik parçacıklar çelikduvardan geçerler. Bunu yaparken buatomlar metalin atomları ile çarpışır veonları yerinden oynatır. Zamanla buuzayıp genişleyebilme-esneme özelli-ğinin kaybına neden olur.lşınlanmamışbir kapta metal bu özelliğini 4,4santigrat derecede kaybeder ve kapkırılganlaştıkça-gevrekleştikçe buözelliğini kaybettiği ısı derecesi yük-selir. Metalin mekanik özeiliklerindekiböyle bir değişim, sıfır uzayıpgenişleyebilme için referanssıcaklığı "reference temperature fornil ductility transition" yada Rtndtolarak nitelendirilir. Böylece, reaktöryaşlanıp basınç kabı daha fazlaradyasyona maruz kaldıkça, Rtndt ilksınırı olan 4,4 santigrat dereceden138-143 santigrat derecelere yadaaşırı durumlarda daha da fazlasınaçıkabilir. (5) Reaktör kabı kırıl-ganlığının ona eşlik eden Rtndt değişi-minin önemi, basınçlı ısıl şok "pres-surized thermal shock" (PTS)karşısında gittikçe artan duyarlılıktır.Basınçlı termal şok, reaktör basınçkabının (RBK) şiddetli bir biçimdeaşın-soğumasıyla ortaya çıkar.Basınçlı ısıl şok (PTS), aşağıdakilerdahil bir çok aksaklık tarafındanbaşlatılabilir aletlerin ve denetimsistemlerinin anzası .önemsiz-anzasoğutucu-kaybı kazaları, ana buhar


- 235 -

hattı patlamaları, su besleme borusupatlaması ve buhar jeneratör tüpüpatlaması. Bu olaylardan herhangi biribir PTS olayı başlatabilir.

Fakat reaktör basınç kabının çatlamadayanımı yüksek kaldıkça, yani RTndtdüşük kaldıkça, bu geçici durumlarRBK'da bir sorun yaratmayabilir. FakatRBK'nın çatlamaya karşı dayanımınötron bombardımanı yüzündenazaldıktan sonra, şiddetli aşırı-soğumaile birlikte yeniden basınç verme olayı,RBK'nin iç yüzeyindeki bozulmalarınkap duvarını delen bir çatlağadönüşmesine neden olabilir. Reaktörbasınç kabının yapısal iflasınıngerçekleşmesi için birkaç öge biraradaolmalıdır:1- Kapta çatlağa dönüşebilecekboyutta bir bozulma olmalıdır.2- Kabın malzemesi içerdiği bakır venikele bağlı olarak ışınlanma kırılgan-lığına duyarlı olmalıdır.3- Kabın (RTndt değerinde bir artışlagösterilen) uzayıp genişleyebiimeözelliğinin azalmasına yol açacakkadar ışınlanmış olmalıdır4- Şiddetli bir aşırı-soğuma ve yeniden-basınç- verme durumunu başlatacakbir olay olmalıdır.5- Sonuçta ortaya çıkan çatlak RBK'nınkor soğutma işini sürdürme yetisinietkileyecek boyutta ve konumdaolmalıdır. Bu tip bir kaza PVVR'lerintasarım esasını aşan acil kor soğutmasistemi ve koruma kabuğu dahilgüvenlik sistemleri basınç kabındakiçatlaklara dayanmak üzere yapılma-mışlardır. Radyoaktif yakıtı çevreleyenreaktör kabı olmadan reaktör korunuyeterince soğutmak olanaksız olacak-tır. Bunun ardından da bir erime olayıgelecektir.(6) Basınçlı ısıl şok herbasınçlı su reaktörünü ilgilendiren birgüvenlik konusudur.Felaket boyutunda kırılganlık hatası(Catastrophic brittle failure): Bu tipbir kaza güvenlik sistemlerinin tasarım

esasını aşar ve reaktör soğutmakapasitesinin tümüyle kaybedilmesiylesonuçlanabilir. Bu kazanın oluşması şuüç koşula bağlıdır:1- Kritik boyutta bir bozulma olmalıdır2- Bozulmanın çatlağa dönüşecekucunda kritik gerilimi yaratmak içindestek üzerinde yeterli bir yükolmalıdır 3- Isı, çatlakta yarılmayısağlamaya yetecek düşüklükte olma-lıdır. Yapısal çelik desteklerin kırılgın-laşmasının tehlikesi şudur: nötronbombardımanı metali o kadar ışın-lamıştır ki ,metal taşımak üzere tasar-lanmış olduğu bileşik yüklerin gerilimialtında çatlar. Santral güvenliğiniolumsuz etkileyebilecek olan mekaniksistemlerdeki ve elektrik sistem-lerindeki yaşlanan diğer bileşenleri dekısaca şöyle özetleyebiliriz: motorluvalfler, solenoid valfler, çekvalfler,elektrikli acil durum valfleri,"snubber"lar , kompresörler, ısıdeğişim üniteleri, motorlu şarjüniteleri, invertörler, motorlar,"bistable'Mar, transforma-törier, kon-nektörier, elektrikli uzaktan kuman-dalı ünitelere ek olarak, yüksek vealçak basınç acil kor soğutmasistemleri, atık ısı atıcı sistemler veyardımcı su besleme sistemlerireaktörlerdeki bu bileşenler vesistemler yaşlanmayı sürdürdükçe,yaşlanma üzerine dinamik araştırmalaryürütülmeli ve bu araştırmaların bulgu-ları potansiyel güvenlik sorunlarınınazaltılması için işletmedeki nükleersantrallara uygulanmalıdır.

SONUÇ

İyonlaştırıcı radyasyonun sağlığa etkibiçimleri radyasyonun dozu ile ilişkiliolup küçük dozlarda bile sağlıküzerinde olumsuz etkilere nedenolduğu tartışması güncelliğini koru-makta, gecikmeli etkileri konusundabilinmezlik devam etmektedir.


- 236 -

Zararsız radyoaktif doz sınırlarınınyüzyılın ba-şından günümüzedeğişimlere uğraması bugün önerilenve bilimsel kabul gören sınır dozuninan-dırıcılığına gölge düşürmektedir.Uluslarası Nükleer Güvenlik Sözleş-mesinde (7) sözü edilen "Ulusal dozLimitleri" tanımıda sınır değerlerin, sı-nırlar arasında farklılık gösterdiğinivurgulamaktadır. Radyoaktif maddele-rin ve radyasyonun günlük hayattakullanılmasının hızlı artışının yaşayanbiyosistemde önemli değişiklikler veetkiler yaratması enerji üretimi veatıklar sorununun ekonomik olmayışıbirçok ülkenin Nükleer santrallardenenerji üretimini terketmesine nedenolmaktadır. Bu bildirimizde de değin-meye çalıştığımız konular göster-mektedir ki, kaza riskleri herzamanolasıdır. Nükleer projelerin yürütül-mesi, yönetilmesi diğer büyük projeleregöre çok farklı yükümlülükler getirmek-te, ulusal organizasyon gerekli olmaktave çok sıkı kuralları olan güvenlikstandartları ile özel kalite temini vekalite kontrolü gerekleri ile çalışannitelikli insan gücünü, Nükleer EnerjiSantrallarinin güvenliği ve güvenirliğiiçin zorunlu kılmaktadır. Tesisin gü-venliğini, tesisin ömrü boyuncadesteklemek için yeterli mali kay-nakların baştan teminide ön koşulolarak karşımıza çıkmaktadır.Kaynakçalar:

1. NUREG-1150 1990Union of concemed Scientists.

1993 Brifering Paper. Ma. USA.2. Carolina Power Lihgt Company,DocketNO.84-122-E19843. H. Mantle, "Boling Water ReactorRecirculation Piping" Residual lifeAssesment of majör Light WaterReactor Componemts, NUREG/CR-4731,ldaho N.Eng.Lab.19874. "Consultant Finds Moost delays inHatch-2 Pipe Replacement Prudent,Nucleonics week Oct.1987

5. Richar A.Undell, "rusting Found inKey Section of 17 reactors",New yorkTimes sept.21 1981.6. Steve Sholly," Pressurized ThermalShock Sceening Creiteria", NuclearInformation And Resource Service.Jan19847. Nükleer Güvenlik Sözleşmesi14.Ocak.1995 gün 22171 sayı R.G8. The Independent GeoffreyLEAN. 18.6.1995

Sadık SİRKEOĞLU; 1968 yılındaYıldız Üniversitesi'ni bitirdi. İllerBankası Enerji Dairesi'nde ProjeMühendisi, TEK'in çeşitli ünitelerindemühendis, başmühendis, müdür olarakçalıştı. Halen TEAŞ Şebeke Tesisünitesinde Proje Müdürü olarakçalışmaktadır.

\îMusa ÖZTUFAN; 1953 Turgutludoğumlu. 1974 yılında İstanbul DevletMimarlık Mühendislik Akademisi'nden(Yıldız) mezun oldu. 1980 yılına kadarTEK'in çeşitli bölümlerinde çalıştı.1986'dan beri serbest mühendis olarakçalışmaktadır.


- 237 -

SF6+N2 ve SF6+Ar GAZ KARIŞIMLARININLİMİT ALAN PARAMETRELERİ

M. Sezai DİNÇER ve M. Cengiz TAPLAMACIOĞLU

GAZİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK - MİMARLIK FAKÜLTESİELEKTRİK - ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

06570 Maltepe - ANKARA

ÖZET

Bu bildiride SF6 + N2 ve SF6 + Arikili gaz karışımlarının limit olan para-metreleri elektron-molekül çarpışmakesitleri kullanılarak Monte-Carlo tekniğiile doğrudan saptanmıştır. Değişik oran-da gaz karışımları için (E/N)iimit değerlerielektron sürüklenme hızı ve ortalamaelektron enerjisi ile birlikte verilmiştir.

1. GİRİŞ

SF6 bileşenli gaz karışımlarıüzerinde yapılan deneysel ve teorikçalışmalar, bu karışımların yüksekgerilim teknolojisinde yalıtkan ortamolarak kullanılabilmesi açısından, sonyıllarda literatürde ağırlıklı olarakgözükmektedir. /1-4/. Ancak bildirilenaraştırmaların tümünde efektifiyonlaşma katsayısının yaklaşık sıfırolarak kabul edildiği limit olan değerlerigrafik yöntemi ile elde edilmiştir.

Bu bildirinin amacı SF6 + N2 veSF6 + Ar karışımlarında limit alandeğerlerini ve limit alan boşalımparametrelerini Monte-Carlo tekniği iledoğrudan saptamakdır. Daha önceDinçer ve Aydın, ikili gaz bileşenindeMonte-Carlo benzeşim tekniğinin nasıluygulanabileceğini literatürde vermiştir151.

SF6 ve N2 benzeşim kesitleridaha önce Dinçer ve Aydın tarafındanderlenmiştir. /5, 6/ Argon gazı kesiti setiise aşağıdaki şekilde tanımlanabilir.

Q M ( e )= i ry ' 5 / (1+144.6e-2583.1e2

+35035 e3-85386.8e4)0 < e < 0.3 (1)

,-16QM (e)=10"° (1.15x+0.282x2+0.069x3)e >0.3

(1) ifadesinde x=ee"009e olup € elektronvolt olarak elektron enerjisini QM isemomentum transfer kesitinigöstermektedir.

Elektronik uyartım kesiti Q ex ise

Qex(e)=4.65x10"18(e-11.6)e>11.6 ( 2 )

Qex (e)=1.17x10"17(e-13.2) e>13.2

olarak verilebilir.İyonlaşma çarpışma kesiti Qion

iseQjon(e)=1.45x10"17(e-15.7)e>15.75 ( 3 )

olarak ifade edilebilir. Bütün kesitler cm2

olarak verilmiştir.Kullanılan model elektron serbest

uçuş-süre modeli olup yalnız elektrongaz moleküllleri çarpışması elealınmıştır. Özellikle Argon gazı belirginbir Ramsour-Tovvnsend davranışıgösterdiği için zaman adımları elektronenerji değişimi belirli bir zamanadımında %3'ten düşük olacak şekildeseçilmiştir. Herhangi bir karışımoranında ikili gaz karışımının toplamçarpışma kesiti Q mx elektron enerjisininfonksiyonu olarak

Qmx(e)=kQS F(e)+(1-k)Q(e) ( 4 )


tanımlanmıştır. Burada k SF6 oranınıQSF6 ise SF5 gazının toplam çarpışmakesitini göstermektedir. Q ise argon veN2 toplam çarpışma kesitini simgele-mektedir. O halde, eğer bir elektron-molekül çarpışması gözükürse, SFÖmolekülü ile çarpışma olasılığı

P S F 6 = 1-[(1-k)Q(s)/QMx(s)] ( 5 )

olarak belirtilebilir.Başlangıç elektron sayısı

103-3.5x103 arasında olupbenzeşim süresi 80 ns'ye kadarulaşmakta ve 2.5 ns aralıklarla elektronçığ yoğunluğu ortalama enerji veortalama çığ konumu ile ilgili bilgitoplamaktadır. Darbeli-Tovvnsend tek-niğinde herhangi bir t örneklemezamanında çığ içinde bulunan n,elektron için ortalama elektron enerjisi

nt

( 6 )

olarak ifade edilmiştir.

2. LİMİT ALAN PARAMETRELERİ

Elektronegatif bir gaz karışımın-da limit alan değerinin, iyonlaşmaçarpışma siKİığına eşit olduğu /N (E:uygulanan elektrik alan büyüklüğü, N:gaz molekül yoğunluğu ) değeri olaraktanımlanması daha doğrudur. Çığ ener-jisi dengeye ulaştıktan sonra limit alandeğerlerinde elektron yoğunluğununsabit kalması gereklidir. Diğer birdeyişle iyonlaşma katsayı sıfır olacağıiçin elektron çığ enerjisi dengelendiktensonra elektron sayısında herhangi birazalış veya artış görülmemelidir.Geliştirilen benzeşim tekniği elektronsayısının değişmediği limit alandeğerlerini bulmakta ve ortalamaelektron enerjisi ile elektron sürüklenmehızlarını saptamaktadır.

Şekil 1 ve 2' de değişik SF5+Argaz karışımlarında elektron bulutununlimit alan davranışı verilmiştir. Bu şekil-lerde n elektron sayısını <e> ortalamaelektron enerjisini ve <z> ise elektronbulutunun uygulanan alan doğrultu-sunda ortalama konumunu benzeşimzamanına göre göstermek tedir.

°°000000000<X>OOOOOOC>0000000009<

t 1 • I • I • I • I • ı • I O"O 10 20 30 40 50 60 70 80

t (tu)Şekil 1.%10SF6 + %90 Ar

ikili karışımda limit alan davranışı

20ı . 1 . 1 . 1 1 • . -5

° 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ° 0 0 ° 0 0

0 10 20 30 40 50t (M) ,

Şekil 2. %50 SF6 + %50 Arikili karışımda limit alan davranışı

0.0


- 239 -

15

°oooo0ooooooooo®ooo<

o°oo 0ooo°c>0oo0

0oo

0.050

t (ns)

Şekil 3. %50 SF6 + %50 N 2

Gaz karışımında limit alan davranışı

15

10

o

oo 0ooooo°ooooo9Ö0 0 0 (

o

o

(O o

oooo o 0 0 o o 9 o 0 0 o 0 ° o (

J . 1 • 1 0.0

1.5

1.0

6o

ANV

0.5

O 10 20 30 40 50

I (ns)

Şekil 4. %80 SF6 + %20 N 2

Gaz karışımında limit alan davranışı

Bu sekililerden görüldüğü gibi limitalan değerinde bulut içindeki elektronsayısı çığ dengede iken benzeşimzamanına bağlı olarak değişmekte vesabit bir değerde kalmaktadır. Şekil 3ve 4 ise elektron bulut davranışını limitalan değerinde farkı iki SF6 + N2 gazkarışımı için göstermektedir.

Tablo 1'de SF6 + Ar gazkarışımlarında limit alan parametreleriverilmiştir. (E/N)nm değeri Td olarak belir-tilmiştir. (1 Td * 3 E/P v cm"1 + torr"1 ).Tablo 2 ise SF6 + N2 ikili karışımları içinlimit alan parametrelerini göstermektedir

TABLO 1SF6 + Ar Gaz Karışımlarında Limit

Alan Parametreleri

SF,oranı(%)

1510305075

C ' N U . Td)

63.692.4116.7178.8226.8293.6

<e>(ev)

6.126.726.817.217.457.79

W(cms ')

5.93x10°8.43x10°10.7x10°13.8x10°16.1x10°17.4x10°

TABLO 2SF6 + N2 Gaz Karışımlarında Limit

Alan Parametreleri

SF,oranı(%)

1510305075

C7 N ), m ı l Td)

141198.5219.7263.1297.2320.2

<e>(ev)

3.865.355.836.627.087.36

W(cms ')

1.48x10'1.97x10'2.10x10'2.31x10'2.36x10'2.29x10'


- 240 -

3. SONUÇ

Bu çalışmada SF6+N2 ve SF6+Arikili gaz karışımları için limit alanparametreleri Monte-Carlo benzeşimtekniği iie bulunmuştur. SF6+ Ar ikili gazkarışımlarının (E/N)iimit değerleri SF6+N2gaz karışım limit alan değerlerindendaha düşüktür.

TEŞEKKÜR

Bu çalışma Gazi ÜniversitesiAraştırma Fonu Projesi MMF. 06/94-5tarafından desteklenmiştir.

Kaynaklar

1) M.S. Dinçer and G.R. Govinda Rajut

IEEE Trans. on Electr. Insul., Vol. 19,pp. 40-44, 1984.

2) M.F. Frechette, J. Appl. Phys., Vol.59, pp. 3684-3693, 1986.

3) M.F. Frechette and J.P. Novak, IEEETrans. on Electr. Insul., Vol.22,pp. 695-697, 1987.

4) A.V. Phelps and R.J. Van Brunt, J.App. Phys., Vol.64,pp.4269-4277, 1988.

5) M.S. Dinçer and T. Aydın, IEEETrans. on Electr. Insul., Vol. 1,pp.139-146, 1994

6) M.S. Dinçer ve T. Aydın, ElektrikMühendisliği 5.Ulusal Kongresi, pp.1338-1343,13-18 Eylül 1993 Trabzon

Prof. Dr. M. Sezai DİNÇER

19.6.1952 tarihindeAnkara'da doğmuştur.1975 yılında ADMMAElektrik mühEndisliğibölümünden lisans,

11979 yılında ODTÜi Elektrik Mühendisliği

Bölümünden Yüksek Lisans ve 1985yılında Department of ElectricalEngincering, University of VVindsor'danPh.D derecelerini almıştır.VVindsor'da1980-84 yıllarında asistan 1984-87yıllarında öğretim görevlisi olarakçalışmıştır. 1988 yılında ODTÜ Elektrik-Elektronik Mühendisliği bölümündeDoçent unvanını alan yazar. GaziÜniversitesi Elektrik Elektronik Mühen-disliği bölümünde 1989 yılından beriçalışmakta olup 1994 yılında ElektrikTesisleri ABD'da profesör unvanınıalmıştır. Yüksek gerilim gaz deşarjlarıüzerine çeşitli uluslararası yayınlarıbulunan yazarın çalışmaları SCI lndex'e56 kere atıf edilmiştir.


- 241 -

- GAZLI KESİCİLERİN GELİŞTİRİLMESİ İÇİN İLERİ DİAGNOSTİK METODLAR

Erdin GÖKALP Hüseyin ÇAKIR Selim TRABLUSYıldız Teknik Üniversitesi Yıldız Teknik Üniversitesi Yıldız Teknik Üniversitesi

ÖZET

Elektrik şebekelerinde kısa devre sonucuoluşan arıza akımları ,SF6-gazlı kesicilerdebu akımı stabil hale getiren bir ark sayesin-de kesilebilmektedir. Bu çalışmada .seçilenörnekler üzerinde şebekelerde ki değişkentesirlerin elektrik arkları üzerinde meyda-na getirdiği etkilerin teorik incelenmesi ya-nında modern deneysel araştırmalar dadikkate alınmıştır.Ayrıca kesicilerin dizay-nında uygulanan ileri diagnostik metodlar-dan birkaç taslak açıklanmaktadır.

1.ARK VE ŞEBEKE ARASINDAKİ DE-ĞİŞKEN TESİRİN SİMÜLASYONU:

1.1.Kısa Devre:

Kısa devre olayının simülasyonu Şekil: 1'deifade edilmiştir.

Kıss DevreŞeması

Gerilim Dağılımı

Besleme Tarafı

Gerilim Salınım*

Şekil:1 Yüksek Gerilim Hattında Kısa DevreOlayı.

Gerilim dağılımı akım devresindeki ele-manlarla belirlenir. Besleme tarafındaki LN

RN ve CN elemanlanndan oluşan akımdevresi hat tarafına LL ve CL ile karakteri-

ze edilen kesiciyle bağlanmıştır.Salınan Ue

gerilimi, besleme gerilimi (UN) ve hat gerili-mi (UL) arasındaki farkı ifade etmektedir.Akım ve gerilim değişimi, kuvvetli akımdevresinin ve deney devresinin kombinas-yonuyla elde edilebilir (Şekil:2) İM.

Kuvvelli Akım Devresi LS Deney Devresi

Şekil:2 Kısa Devre Şartlannın Simülasyonu

1.2.Akım-Sıfır Geçişi Anında Ark Ve Şe-beke Arasındaki Değişken TesirinMatematiksel İfadesi:

Enerji kayıp mekanizmalanna dayanan çe-şitli ark modelleri geliştirilmiştir /2-7/.Mayrdenklemi basit bir ark modeli ifade etmek-tedir /8/.Şebekedeki ark.değişen iletkenlikdeğeriyle beraber iki kutuplu olarak ince-lenmektedir.

g I1

dt T(g) \g-P(g)-1 1.1

g : Arkın İletkenliği (1/Q)T(g): Ark Zaman Sabiti (s)P(g): Enerji Kayıp Parametresi (W)I : Ark Akımı (A)

2. DENEYSEL ARAŞTIRMALAR:

Teorik incelemelerde darbe dalgaları göz-önüne alınmamaktadır.Termik açma gücüark akışı içinde bir darbe kanalı ortaya çı-


- 242 -

kar çıkmaz azalmaktadır.Burada gazın hızıçubuk eksenine dik açıda bulunan bir bile-şene sahiptir.Bir arkın radyal sıcaklık profi-linin ölçümü teorik modellerin denenebildiğiverileri vermektedir.

2.1. Gaz Akışı :

2.1.1.Darbe Kanallı Akış:

Akış yapısının incelenmesi için iki optik me-toddan bahsedilecektir. İlk olarak Schlieren-Metodu.akış sahasını ihtiva eden (Şekil:3)bir test parçası sayesinde paralel ışın gön-dermektedir ISI.

Şekil:3 Schlieren Metoduna Göre Deney Yapısı

Argon-İon laserinin ışını, hacimsel filtre gö-revi yapan bir diyafram üzerine yoğunlaştı-rılır.Diyaframda ortaya çıkan ışık noktası-nın kopyası ikinci merceğin odak düzlemin-de bulunan Schlieren noktasında görünür.Sapan ışınlar ise Schlieren noktasını ge-çerler ve filmi aydınlatırlar.Böylece seshızına yakın bir gaz ışıması görülebilir ya-pılmış olmaktadır.

2.1.2.Dart>e Dalgası-Elektrik Alan:

Akışın stabilize edildiği yüksek basınçlı birark dahilinde elektrik alanın dağılımı birsonda yardımıyla tesbit edilebilir (Şekil:4).Elektrik alan şiddeti,farklı mesafe açılarınasahip iki çubuk formu için hesaplanmakta-dır.

Elektrik Atan Şidd*lıntr

, , _ , , Çul»* 2"

- ı \ . '-••

i \ o. .i \ .—>

İ \\ *-

V

YOfcsek Bamnç Çubuk

Etetrtrortu Çıhtsı

ı Dağılımı

( ı ( Çubıık t ^ 1

esi *ı« 1' ' \ »kim-"

»i'IO|i>li i \ •»kım-.ıl

-i..-..: ' . \ .

çm»*;. /

Alçak BMinç Yuk«k Bustnç

Ek^trodu £l«ktrodu

' _ : :

Alçak BasınçElektTO*ı

2.1.3.Salınımlı Akış:

interferometrik Diagnostik metodla, stabilizeedilen gaz akışının bir dönel darbesinin aç-ma gücüne olan tesiri açıklanabilir /10/.Buölçümler için Şekil:5'deki Mach-İnterfero-meter kullanılır.

-o: A

Ayna i;m Bolucu 2 Q*çım

Şekil:5 Mach-interferometreli Deneyin Yapısı

1'nolu ışın ayına laser ışınını iki parçayaböler. Bu parça ışınlarda paralel yol içindehareket ederler ve 2'nolu ışın aymada bir-leşirler. Yolların hiçbirinde bir obje bulun-mazsa resim düzleminde aynı ara hacimesahip paralel şeritler ortaya çıkar.Test ob-jesinde gaz yoğunluğunun değişmesi şerit-lerin bozulmasını sağlar. Lokal gaz yoğun-luğu ise Abel-inversinin kullanılmasıyla bo-zulan şeritlerden hesaplanabilir.Şekil:6 in-terferogramlardan birkaç örnek göstermek-tedir.

Şekil:4 İki Çubuk Konfigurasyonu için ElektrikAlan Şiddetinin Aksiyal Dağılımı.

Şekil:6 Gaz Akışının interferogramıa- Akışın Olmadığı Durumb- Salınımsız Akışc- Salınımlı Akış

Şekil:7 ise Abel-İnversi vasıtasıyla şeritle-rin bozulmasından hesaplanabilen yoğun-luk profilini göstermektedir. Çift aksiyal sis-temin geometrisi yoğunluk ölçümününyapıldığı yerde açıkça görülebilir.Salınım-sız akış halinde bulunan ark, akım-sıfır ge-çişinden önce yüksek bir ark gerilimine sa-hiptir. Diğer taraftan ark gerilimi bir salınımhalinde düşüktür ve termik tekrar tutuşmaortaya çıkar.


- 243 -

Salınım

SF8

Yoğunluğu

Şekil:7 Salınımlı Bir Akışın Yoğunluk Dağılımıa- Hava, b- SF6

2.2.Sıcaklık Ölçümleri:

Sıcaklık; ark yapısının,elektriksel iletkenli-ğin, elektrik alanın ve enerji dengesinin he-saplanması için temel bir ölçüdür.2000 Kaltındaki sıcaklıklarda interferenz ölçmemetodlan kullanılabilmektedir. 10000 K ü-zerindeki sıcaklıklarda ısı ölçümleri için e-mısyon spektroskopisi uygun olmaktadır.Bu metod atom veya iyonlar tarafındangönderilen ışının ölçülmesine dayanır.Şe-kil: 8 spektroskopik ölçümler için deney do-nanımını göstermektedir.

Foton Katlayıcı

Kaydedici (-Foton Katlayıcı^ T ^ ^

Fiber Optik

Ayna

ArkMercek

Şekil:8 Spektroskopik Ölçümler İçin Deney Do-nanımı

Spektrometerin önündeki optik sistem,spektrometredeki giriş aralığı düzlemindearkın bir resmini çıkarmaktadır. Işık hattınayerleştirilen döner ayna arkın resminin gi-riş aralığı üzerinden hareket etmesine izinverir.Böylece hacimsel olarak ayrılmış yo-ğunluk profilleri arkın çapı üzerinden eldeedilir.Yoğunluklar aynı akım değeri içinfarklı zamanlarda kıyaslanırsa ;yayılan ışı-nın .akımın süresinin ve büyüklüğünün birfonksiyonu olduğu görülebilir.Şekil:9 yük-sek akıma sahip bir arkın sıcaklık profilinigöstermektedir.Arkın merkezindeki sabit sı-caklık ve kenannda dik sıcaklık artışı ka-rakteristik özelliklerdir.

Arkın merkezi sıcak bir gaz kılıfıyla çevrili-dir. Kesicilerde basınç,mekanik sıkışmaylave sıcak gazın geri akışıyla elde edilir.Geriakış miktannın optimizasyonu ark merkezi-nin ve sıcak gaz kılıfının zamanla gelişimi-ne bağlıdır.

20OO0

15000

5000

n -0

Şekil:9 Sıcak Gaz Kılıfı Olmaksızın YüksekBasınç Sahasında Radyal Sıcaklık Da-ğılımı.

3.SONUÇLAR:

Bir kesiciyi sadece teorik incelemelere da-yanarak geliştirmek mümkün değildir. Fizik-sel olayların anlaşılması için deneysel a-raştıimalar kaçınılmazdır. Kesme elemanla-rıyla şebeke arasındaki değişken tesir arkmodellerine dayanarak hesaplanabilir. Butür nümerik ark-şebeke simülasyonlan a-şağıdaki sebeblerden dolayı önem arzet-mektedir:

— dl/dT ve dU/dT elektriksel deneme şart-larının kontrolü— Test masraflarının azaltılması— Belirti bir kesici için kritik hat konfigu-ras yonlannın hesaplanması— Kapasitenin ve kesicilerin paralel bağ-lanması.Schlieren veya İnterferenz ölçme metoduyardımıyla gaz akışının deneysel incelen-mesi,gaz yoğunluk profilinin ve sıcak gazkılıfının hesaplanması yanında salınımlı,Turbülanz ve darbe dalgalı akış yapılarınınaraştırılmasını sağlarlar.Bu tür bilgiler mo-dem kesicilerin geliştirilmesi için gereklidir.Sıcaklığın belirlenmesi ; soğuma mekaniz-malan (enerji kaybı) .elektrik alan şidde-tinin dağılımı ve farklı elektrod-çubuk mal-zemeleriyle birlikte ark yapısının bozulmasıüzerine bilgiler vermektedir.


Akım kesildikten sonra sıcak çubuklardakiısı düşüşü sadece teorik modeller yardı-mıyla hesaplanabilir.Akım-sıfır geçişindeölçülen sıcaklık dağılımı (radyal ve aksiyal)bu hesaplama için başlangıç değeriniverir. Bu amaçla akım kesildikten sonrasıcaklık düşüşü geniş ölçüde dielektrikfazdaki elektriksel dayanımı belirler/11,12/.

Kaynakça:

İM IEC Publ.56-2/56-4 und Anhaenge121 B.W.Swanson,R.M.Roidt :Some nume-

rical solutions of the boundary layer e-quations for an SFS arc.Proc.IEEE Vol.59.p.493 ,1971

131 LS.Frost,R.W.Lİebermann :Composi-tion and transport properties of SF6

their use in a simplified enthalpy flowarc model.Proc.IEEE Vol.59,p.474,1971

141 W.HermanntU.Vogelschatz,LNieme-yer, K. Rageller, E.Schade: Experimen-tal and theoretical study of a station-ary high current arc in a supersonicnozzle flovv.J.Phys. D:Appl. Phys.Vol.7p.1703, 1974

151 D.T.Tuma,J.J.Lowke: J.Appl.Phys.Vol46,p.3361,1975

161 J.J.Lowke,H.C.Ludwig: A simple modelfor high currents arcs stabilized by for-ced convection.J.Appl.Phys.Vol.46,p.3352,1975

171 E.Richley.D.T.Tuma: Mechanisms fortemperature de-cay in the freely reco-vering gas blast arc.lEE Trans.onPlasma Science Vol.Pos. 10,2-7,1982

181 O.Mayr: Beitraege zurTheorie des sta-tischen und dynamischen LichtbogensArchiv für Elektrotechnik,Vol.37,p.589,1943

191 Y. Nakamichi, D.T.Tuma: Analysis of e-lectric arcs in AC circuits.lEEE PES1982 Summer Meeting.San FranciscoPaper 82 SM 370-5

/107 U.Habedank.R.Ungler: Theoreticaland experimental studies of the criti-cal line length for the interruption ofshort line faults .IEEE PES WinterMeeting ,Atlanta,Paper81,WM 14111981

/12/

HJ.Schötzau,Ch.Sturzenegger,H.Meili ,H.Graf: Einfluss des Lichtbogensauf die Strom- und Spannungsteilhei-ten eines Hochspannungs-Gasschal-ters im thermischen Löschbereich.ETZ Archiv, Band 5,Heft 3,1983C.H.Flurschein: IEEE Monograph Se-ries 12 "Power circuit breaker theoryand design.Peter Peregrinus Ltd.,1975

Özgeçmiş:

Hüseyin ÇAKIR, 1948deiskeçe'de doğdu. 1972'deY.Müh. oldu.Daha sonraYıldız Teknik Üniversitesi'den Doçentlik ve Profesörlük unvanını aldı. 1977-78yıllarında ABD George Wahington Üniversitesi'nde a-raştırmalar yaptı. Y.T.Ü'de

Dekan Yardımcılığı ve halen Elektrik Mü-hendisliği Bölüm Başkanlığı görevini yürüt-mektedir.

Erdin GÖKALP, 1962deİstanbul'da doğdu. 1986'damühendis, 1988'de Y.Müh,1994'deDr.Müh,1994'deYrd.Doç. olmuştur. HalenY.T.Ü. Elektrik-ElektronikFakültesi Elektrik Mühen-disliği Bölümü'nde BölümBaşkan Yardımcılığı göre-

vini" sürdürmektedir.

Selim TRABLUS, 1967deİstanbul'da doğdu. 1988'deMühendis, 1990'da Y.Müh.unvanını aldı.Halen Y.T.Ü.Elektrik Mühendisliği Bölü-münde Araştırma Görevlisi[Olarak vazife yapmakta o-lup Doktora çalışmaları devam etmektedir.


- 245 -

SF6-TESİSLERİNİN ÇEŞİTLİ KAPSÜLLEME BİÇİMLERİNİN KIYASLANMASI

Erdin GÖKALPYıldız Teknik Üniversitesi

Hüseyin ÇAKİR Selim TRABLUSYıldız Teknik Üniversitesi Yıldız Teknik Üniversitesi

ÖZET

Bir gaz izoleli salt tesisinin en önemlikısımlanndan biri .harici eiektrod olarak daadlandırılan ve basınçlı gazın muhafazaedilmesini sağlayan kapsülleme birimleridirGaz izoleli tesislerin normal ve anzalı işlet-me içinde ki davranıştan da dikkate alına-rak çeşitli kapsülleme biçimlerinin kıyaslan-ması suretiyle optimum bir kapsüllemeninnasıl olması gerektiğine dair yaklaşımlar e-le alınmıştır.

1.SF6-TESİSLERİNİNSİ:

KAPSÜLLENME-

SF6-Tesisleri konstrüktif yapılan yanındaönemli ölçüde kapsülleme sistemleriyle debirbirinden ayrılmaktadır. Bugün kullanıl-makta olan farklı kapsülleme sistemleriTablo: 1' de gösterilmiştir.

Tablo: 1 SFg-Tesisleri İçin Kullanılan Kapsülle-me Sistemlerine Bakış

Tip

1/1 Al3/1AI3/1 Çe3/3Çe

Kapsülleme ÇeşidiBaralar

1 fazlı3 fazlı3 fazlı3 fazlı

Çıkışlar1 fazlı1 fazlı1 fazlı3 fazlı

KapsüflemeMalzemesiAlüminyumAlüminyum

ÇelikÇelik

1.1.Normal İşletme:

Bugün kullanılan kapsülleme biçimlerinormal işletme için geçerli en önemlikriterlere göre Tablo:2'de kıyaslanmaktave değerlendirilmektedir. Bir tesis için ö-nemli ağırlık noktalan mevcut personele,

şebeke durumuna ve öngörülen işletmetarzına göre ayarlanması gerektiği içintablodaki kriterler sadece tesisin kullanıcısıtarafından yerine getirilebilir.

Tablo:2 Normal işletmedeki Çeşitli Kapsülle-me Sistemlerinin incelenmesi.

NormalİşletmedekiKriterler

DietektnK Dayan.Dinamik Dayan.Uygun Nom.Ak.BatumHacım İhtiyacıAğırlıkUbşırabtiirtikGenel Toplam

Kapsülleme Sistemi

1/1 Al3323332

19

3/1 Al2232332

17

3/1 Çe2212222

14

3/3Çe2121223

13

1.1.1.Dielektrik Dayanım:

Dielektrik dayanım 1-fazlı kapsüilemedeesas itibariyle 3-fazlıdakinden daha yük-sektir. Bir taraftan 1-fazlı kapsüilemede faz-lar arasında hiçbir katı izolasyon gerekli ol-mamakta,diğer taraftan deneyler, fazlar a-rasında faz-toprakdakinden hemen hemeniki kat daha yüksek salt aşın gerilimlerininortaya çıktığını göstermektedir.

1.1.2.Dinamik Dayanım:

3-fazlı kapsüllenmiş sistemlerde iletkenlerarasındaki küçük mesafe ve büyük kısadevre akımlanndan dolayı katı izolasyonundinamik zorlanması söz konusu olmaktadır.Bu sahada ki araştırmalar dahili mekanikgerilmelerin katı izolasyon parçalannın di-eiektrik özelliklerini önemli ölçüde bozabil-diğini göstermektedir İM,21.


Bu yüzden dinamik zorlanması az olan 1-fazlı kapsülleme sistemleri bir anza riziko-sunu azaltmakta ve katı izolasyonun ömrü-nü uzatmaktadır.

1.1.3.Uygun Nominal Akım:

3-fazlı kapsüllenmiş tesislerde az bir kap-sülleme akımı akmaktadır. Bu tür tesislerözellikle kapsülleme Alüminyum gibimagnetik olmayan bir malzemeden ise çokyüksek nominal akımlan dielektrik şartlaragöre tesbit edilen ebadlar dahilinde taşı-yabilirler. Diğer taraftan 3-fazlı kapsüllememagnetik çelikten yapılmış ise o zamaniletkenlerin tam olmayan simetrisinden do-layı nominal akımı azaltan lokal fuko akımkayıptan ortaya çıkacaktır.Genel olarak .dielektrik şartlara göre e-badlanmış 1-fazlı Alüminyum kapsüllemelitesislerin bütün durumlarda gerekli nominalakım şartlarını sağlayabildiği söylenebilir.

1.1.4.Bakım:

3-fazlı yapı tarzında boyutlann,ağırlığın veparça sayılarının daha büyük olmasındandolayı bakım işleri daha masraflı ve komp-likedir.

1.1.5.Hacim İhtiyacı:

Konvansiyonel yapı tarzıyla kıyaslandığında hem hacim hem de alan ihtiyacı açı-sından 3-fazlı, 1 fazlı veya hibrid kapsüllen-miş tesislerin bütünlüğüne ulaşılamamak-tadır.

1.1.6. Ağırlık:

Tesislerin ağriığı konstrüktif yapı ve kulla-nılan kapsülleme malzemesine bağlıdır.Kapsülleme malzemesi olarak Alüminyu-mun kullanılması tesis ağırlığının ve bu-nunla birlikte zeminin zorlanmasının azal-tılmasına yarar.

1.2.Anzalı İşletme:

—SF6-Tesisleri; montaj yerinin yüksek-liğine (Şekil: 1) .kirlenmeye ve iklimseletkilere karşı tam anlamıyla hassas

olmadığı için ve gaz yoğunluğla birlikteizolasyon seviyesi devamlı kontrol edildiğiiçin anzalar konvansiyonel yüksek gerilimtesislerine nazaran çok daha nadir ortayaçıkmaktadır.

—Arızalar ekseriya ilk koruma kademesin-de sistemden uzaklaştırılır.Her durumda güvenilir bir basınç deşarjıylakapsülleme gövdesinde bir patlamanın or-taya çıkmaması garanti altına alınmak zo-rundadır /3/,/4/.

1060

Ş 1040? 1020| 1000

> 980

• 960

3 9 «5 920

900C) 200 400 600 800 1000

Deniz Seviyeslnctan YiiksekUk m

Şekil:1 Deniz Seviyesi Yüksekliği ve Çevre Sı-caklığına bağlı olarak SFQ ve KonvansiyonelYüksek Gerilim Tesislerinin Darbe Tutma Geri-limlerinin Kıyaslanması.

Konvansiyonel Tesis,

DarbeTutma Gerilimi 1050 kV1 ortalama hava basıncı,2 minimum hava basıncı3 minimum hava basıncı,

SF6 Tesisleri

20° C20° C30° C

4 minimum gaz yoğunluğu, 40 Cdarbe tutma gerilimi 1050 kV

5 minimum gaz yoğunluğu ,40 Cdarbe tutma gerilimi 950 kV

— SF6 -Tesislerinin genellikle kapalı işlet-me hacimlerinde monte edilmesi suretiylepersonel hayatının tehlikeye girme ihtimalibüyük ölçüde azaltılmış olmaktadır.Anzasırasında farklı kapsülleme sistemlerininözelliklerini kıyaslayabilmek için önemlikriterler Tablo:3* de topluca gösterilmiştir.


- 247 -

Tablo:3 Anza Esnasında Çeşitli KapsüllemeSistemlerinin incelenmesi

Tablo:4 Kapsüileme Malzemelerine Ait FarklıKriterlerin Kıyaslanması

ArızadakiKriterler

Ark Dayanımı- sönümlü- yarım topraklı- tam topraklıEtkiler.ZararlarOnarım ZamanıGenel Toplam

KapsUlleme Sistemi

1/1AI

33

23 3 33 3 39 9 8

3/1AI

22

22 2 22 2 26 6 6

3/1Çe

22

32 2 22 2 26 6 7

3/3Çe

11

31 1 11 1 13 3 5

1.2.1.Elektrik Arkı Dayanımı:

Tam ve yarım topraklanmış şebekelerde 1-faziı kapsülleme ve 1-fazlı gaz kontrolübüyük faydalar sunmaktadır.Bir taraftan faziararası direkt atlamalar veböylelikle 3-fazlı kısa devreler azaltılmaktadiğer taraftan anza esnasında öteki fazlaretkilenmemektedir.Ve ilgili gaz bölümünde çok yavaş bir gazbasıncı artışına sebebiyet verirler.

1.2.2.Etkiler ve Zararlar:

1-fazlı kapsüilenmiş bir sistemde elektrikarkının zararları aşağıdaki iki şart yerinegetirildiği takdirde en aza indirgenebilmek-tedir.Birinci olarak.basınç zorlanmasının ol-duğu kapsüileme birimi dayanıklı olmak zo-rundadır, ikincisi anza ilgili hacimde sınırlıkalmalıdır.3-fazlı kapsüllemede zararlar ta-biatıyla daha geniş olmaktadır.

1.2.3.Onanm Süresi:

Özellikle anza bölgesine sının bulunan gazhacimlerinin işletme dışına alınmaksızınher eleman hızlı olarak monte ve demonteedilebilmelidir.Dışarıya doğru basınç de-şarjlı 1-fazlı kapsüilenmiş tesisler bir anza-dan sonra hızlı bir şekilde tekrar işletmeyegirebilmektedirler.

2.KAPSÜLLEME MALZEMESİ:

Tablo:4'de bugün en çok kullanılan kapsül-leme malzemeleri farklı kriterlere göre kı-yaslanmıştır.

Kriter

Aynı kalınlıktaTutuşma zam.Basınç Dayanı.

Sızdırmadık

Ağırlık

Fiat

KapsUlleme MalzemesiAlümin-

yum

kısa

yüksekyüksek

hafiforta

ÇeHk

uzun

yüksekyüksek

ağıraz

MagnetikOlmayan

Çelikuzun

yüksekyüksek

ağıryüksek

2.1.Ark Tutuşma Zamanı:

Aynı kalınlıktaki Çelik, Alüminyumdan dahauzun bir tutuşma zamanına sahiptir. Tutuş-ma zamanı malzeme yanında, kapsülünteşkiline ve ark tutuşmasının konumuna dabağlıdır.Dahili arkla birlikte nadiren bir za-rarın oluştuğu düşünülürse ve diğer taraf-tan her durumda ilgili gaz hacminin reviz-yonu gerekirse o zaman kalın,ağır ve pa-halı bir kapsüllemeden ziyade güvenilir hız-lı bir koruma sistemine yatınm yapmak a-maca daha uygun olacaktır.

2.2.Basınç Dayanımı:

SF6-Tesislerinin kapsülleme gövdesiönemli hiçbir basınç zorlanmasına maruzkalmamaktadır. Kapsülün gerekli basınçdayanımı iyi seçilmiş malzemelerle herhan-gi bir zorluk olmaksızın elde edilebilmekte-dir.

2.3.Sızdırmazlık:

Kapsüllemelerin gaz sızdırmazlığındakifarklılıklan malzeme seçimi yanında malze-menin döküm yada alaşımdan olup olmadı-ğına da bağlıdır.Bugüne kadarki işletmetecrübeleri, Çelik ve Alüminyum kaynak vedöküm kapsüllemelerte gaz kaybının yıllık%1'in altında olduğunu göstermiştir.

2.4.Ağırlık:

Alüminyumun kullanılmasıyla tesisin ağırlı-ğı büyük ölçüde azaltılmaktadır.Bundan da zeminin az miktarda zorlanma-ması ve ekonomik montaj imkanlan ortayaçıkmaktadır.


2.5.Fiatlar:

Özellikle yüksek nominal akımlar için Alü-minyum, SF6-Tesıslerinin ekonomik olarakkapsüllenmesine imkan vermektedir.Çelikkullanıldığında çoğu defa anti magnetik çe-likten oluşan pahalı donanımlar veya ta-mamiyle anti magnetik çelikten imal edilmişkapsüllemeler gereklidir.

3.SONUÇLAR:

İşletme sürekliliği ve hizmet personelininemniyeti için kapsülleme çeşidi,kapsüllememalzemesinden çok daha az önem arz et-mektedir. Bu yüzden aşağıdaki şartlar SF6-Tesislerinin optimal tasarlanması için ge-reklidir:

— Tamamiyle 1-fazlı kapsülleme,— Kapsülleme gövdelerinin patlamasınıazaltmak için dışarıya doğru güvenilir ba-sınç deşarjı,— Hizmet personeli zarar görmeyecekşekilde gaz deşarj donanımlarının yerleşti-rilmesi,— Bir arızanın,ilgili gaz hacminde sınırlan-dırılması için basınca dayanıklı bölümlemeizolatörleri,— Arıza arklarının etkilerini azaltmak içinemin ve hızlı çalışan bir koruma sistemininkullanılması.

Electra Nr.34,S.63-74,1974

/4/ Cigre VV.G.23-03: Testing of metalenclosed HV substations.Electra Nr.42,S.7-29,1975

Özgeçmiş:

Hüseyin ÇAKIR, 1948deİskeçe'de doğdu. 1972'deY.Müh. oldu.Daha sonraYıldız Teknik Üniversitesi'den Doçentlik ve Profesörlük unvanını aldı. 1977-78yıllannda ABD George Wahington Üniversitesi'nde a-raştırmalar yaptı. Y.T.Ü'de

Dekan Yardımcılığı ve halen Elektrik Mü-hendisliği Bölüm Başkanlığı görevini yürüt-mektedir.

Erdin GÖKALP, 1962deİstanbul'da doğdu. 1986'damühendis, 1988'de Y.Müh,1994'deDr.Müh,1994'deYrd.Doç. olmuştur. HalenY.T.Ü. Elektrik-ElektronikFakültesi Elektrik Mühen-disliği Bölümü'nde BölümBaşkan Yardımcılığı göre-

vini sürdürmektedir.

Kaynakça:

İM D.D.Wilson:Phase-phase and phaseneutral svvitching surges on 500 kVopen-ended lines.lEEE PAS 88 5,p.660-665,1969

121 H.-J.Jahne: Über den Einfluss inner-er mechanischer Spannungen aufdie Leitungsmechanismen in Epo-xidharz bei Gleich- und VVechsels-pannung.Dissertation TU Hannover1975

/3/ Cigre VV.G.23-03: Some aspects forthe design of metalclad substation

Selim TRABLUS, 1967deİstanbul'da doğdu. 1988'deMühendis, 1990'da Y.Müh.unvanını aldı.Halen Y.T.Ü.Elektrik Mühendisliği Bölü-münde Araştırma Görevlisiolarak vazife yapmakta o-lup Doktora çalışmaları devam etmektedir.


- 249 -

SF6 GAZ YALITIMLI YÜKSEK GERİLİM AKIM TRANSFORMATÖRÜ

Rasim ALDEMİR, Salih EKMEKÇİOĞLU

Emek Elk. End. A.Ş - Ankara

ÖZET

Bu bildiride, 170 kV sistem gerilimindeçalışmak üzere tasarlanan ve prototipi üretilenSF6 gaz yalıtımlı bir akım transformatörüüzerinde yapılan çalışmalar ve elde edilensonuçlar verilecektir. Çalışma üç aşamadanoluşmuş olup, ilk aşamada oluşturulan altyapıya dayanarak tasarımların yapılması veardından üretilen prototipler üzerinde yapılantestlerle tasarımların doğrulanmasısağlanmıştır. Prototipler, Türkiye'deyapılamayan kısa devre testi hariç uluslararasıIEC-185 standardına uygun olarak EmekElektrik Endüstrisi A.Ş. Yüksek GerilimLaboratuarında rutin ve tip testlerine tabitutulmuşlardır. Proje, Türkiye TeknolojiGeliştirme Vakfı (TTGV) tarafıncadesteklenmiştir.

1.0 GİRİŞ

Orta ve yüksek gerilimde kullanılan ölçütransformatörlerinde yalıtım; Epoksi, Yağ-Kağıtve SF6 gazı olmak üzere başlıca üç yalıtımmalzemesi ile sağlanmaktadır. Bunların dışındaistisnai olarak bazı firmaların yağ-kağıt veepoksi malzemelerin beraber kullanımı gibiuygulamaları görülse de, bunların imalat vekullanım açılarından avantaj getirmediklerigörülmüştür.

Epoksi ve yağ-kağıt izolasyonu klasik olarakuzun yıllardır uygulanan yöntemler olup, SF6gazının bu tür amaçlar için uygulanmasına ilkdefa 1953 yılında Amerika'da başlanılmıştır.SF6 gazının özellikle yüksek gerilim devrekesicilerinde hızla hakim duruma geldiği ve sonyıllarda yüksek gerilim ölçü transformatör-lerindeki uygulamalarının giderek arttığıgörülmektedir. Bunun temel nedeni SF6gazının üstün niteliklerinin yanında, gaz olmasınedeni ile özellikle yağ yalıtımlı ortamlardakarşılaşılan birtakım sakıncaları ortadankaldırmasıdır. Çok kararlı bir moleküler yapıyasahip olan SF6 gazının özellikleri aşağıdadetaylandırılmıştır.

1.1 SF6 Gazının Özellikleri

• SF6 gazının kendini yenileme (regeneration)özelliği vardır. SF6 elektriksel boşalımsonucunda elementlerine parçalanmakta,ancak tekrar birleşerek SF6 molekülünüoluşturmaktadır. Dolayısı ile gazın bozulmasıson derece düşük olmakta ve SF6 hiçbir zamanyenilenmeyi gerektirmemektedir.

• SF6'nın yanmayı beslememesi, yanmazsistemlerin tasarımını mümkün kılmaktadır.

• Normal atmosferik basınçta ve 500"Csıcaklığa kadar SF6 kimyasal olarak kararlılıkgöstermektedir.Mühendislik açısından "A" sınıfıizolasyon sıcaklığı olan 105°C'da SF6karartıdır.

• SF6 yalıtımlı transformatörler daha basit,daha hafif olup, çalışma basınçlarına bağlıolarak boyutça daha küçük yapılabilmeimkanına sahiptirler.

• Düşük viskositeli ve yüksek yoğunlukta olup,yüksek özgül ısı katsayısı ve ısı iletkenliği ileözellikle kesicilerde kesim anında oluşan ısınınemilmesi ve arkın soğutulmasını başarıylasağlamaktadır.

• Elektronegatif bir gaz olan SF6, ortamdakielektriksel iletime neden olan serbestelektronları tutarak yüksek dielektrik dayanımseviyeleri sağlamaktadır.

SF6 + e'-»SFa" : 0.1 eV elektron enerjisive 0.05 eV enerji sahası için

"•", + e'-* SF5' + F : 0.1 eV elektron enerjisiûrii cahacı irinve 0.1 eV enerji sahası için

• SF6 1.5-5 bar gibi nisbeten düşükbasınçlarda yüksek dielektrik dayanımına sahipolup, gaz basıncı 2.8 bar'ın üzerine çıktığında,SF6 gazının dielektrik dayanımı transformatöryağının dielektrik dayanımına denk olmaktadır.Ölçü transformatörlerinde gaz basıncı genelolarak 4.9 bar olup, normal kullanımda yağagöre daha iyi bir yalıtım seviyesisağlanmaktadır. Tasarımın uygun yapılmasıhalinde, bir arıza neticesinde gaz basıncındaönemli bir düşüş olsa dahi, gaz basıncı'nınatmosferik basınç olan 1 bar'ın altına normaldedüşmeyeceği göz önüne alındığında, sistemin


en azından kısa müdahale süreleri içinçalışmaya devam etmesi sağlanabilmektedir.

TestDüzeneği n

rr

I75 mm

12.5 mm

ra

• Adiabatik katsayısının düşük olması nedeniile elektriksel delinme halinde ısıl genleşme ileoluşan basınç artışı diğer gazlara göre dahadüşük düzeydedir.

• Elektriksel delinme sonucu oluşan basınçartışı, gazların sıkışabilme özelliğinden dolayıbir emniyet tapası aracılığı ile kontroledilebilmekte ve oluşan aşın basınçtransformatör tasarım kriterlerini aşmadan butapanın atması ile kontrollü bir şekildedüşürülebilmektedir. Yağlı transformatörlerdeise delinmenin oluştuğu noktadan küreselolarak genişlemeye başlayan basınç dalgası,yağ sıkıştırılamadığından yüzeye ilk çarptığınoktadan transformatörü parçalamakta vedağılan özellikle seramik bushing parçalarıcivarda bulunan diğer cihazlara ciddi zararverebilmekte ve personel üzerinde hayatitehlike yaratabilmektedir. 8u konu SF6 gazlısistemlerin tercihinde en önemli nedenolabilmektedir.

• Kuru havanın SF6 gazının delinme gerilimineolan etkisi sınırlıdır. SF6 gazına hacimce 10%kuru hava karıştırıldığında delinme geriliminde3%'lük bir azalma gözlenir. Oran hacimce30%'a ulaştığında delinme gerilimindeki düşüş10% civarındadır.

• SF6 saf halde renksiz, kokusuz, toksikolmayan bir gazdır. Ark sırasında SF2, SF4,S2F2, S2Fıo, SF8 veya ortamda serbest Helyumiyonu varsa HF (hidrojen florür) gazı gibi toksikayrışma ürünleri oluşsa da, bu reaksiyonlar

detaylı olarak bilinmekte olup, yapılanaraştırmalar bu ürünlerin aktifleştirilmişalüminyum oksid gibi moleküler eleklerkullanılarak çok kolayca süzülebileceğinigöstermiştir.

• SF6 karbon atomu bulundurmadığından,ayrışma ürünleri yalıtım malzemeleri üzerindebirikerek problemlere yol açan karbon bileşikleriiçermemektedir. Yalıtım malzemelerininyüzeylerinde toz tabakası şeklinde artıkbırakabilen ayrışma ürünleri, kendileri de iyibirer dielektrik olduklarından cihazlarınçalışmasını etkilememektedirler.

• Molekül ağırlığı 146.5 gr/mol olup, yoğunluğuhava ile karşılaştırıldığında 5 kat daha fazladır.

gaz haldeki yoğunluğu (2O°C, 1 bar) : 6.07 gr/lt.sıvı haldeki yoğunluğu (O°C, 12.65 bar) : 1.56 kg/İt.

• SFö'nın dielektrik sabiti 20°C, 1.0133 bar ve23.340 MHZ'de 1.0021'dir. Basınç 20 bar'ayükseldiğinde takriben 6% artış gösterir.Sulphur hexafluoride -50°C'de sıvı halde iken10 ile 500 kHz arasında dielektrik sabiti1.81±0.02'dir.

• Kritik sıcaklık ve basınç değeri olan 45.55°Cve 37.59 bar üzerinde daima gaz halindedir.0°C sıcaklıkta 12.68 bar basınç altındasıvılaşır.

2.0 170 KV SF6 GAZ YALITIMLI PROTOTİPÇALIŞMALARI

Prototip, aşağıda verilen teknik özelliklereuygun olarak tasarlanmıştır;

Teknik Özellikler:

• Tip• Standart :• Maksimum sistem gerilimi:• Sistem gerilimi :• Frekans :• Anma oranı :

• izolasyon seviyeleri :• izolasyon ortamı :

• Çalışma gaz basıncı :• ölçü devresi :• Koruma devresi :• Sürekli termik akım :• Kısa süreli akım :

• Çalışma sıcaklığı :• Çalışma ortamı :

AT2-170IEC-185, TS-615170kV154 kV50 Hz750-1000-1200/5-5170/325/750 kVSF6 gazı ileyalıtılmış4.9 bar1Fs5 30 VA5P20 60 VA1.2xlnIth 1sn 20 kAIdyn 50 kA-40 / +55 °CHarici, Temizortam


2.1 Transformatör Tipine Karar Verilmesi

Kullanılacak kompozit bushingin mekaniksel vetermal özellikleri göz önüne alınarak yaptığımızçalışmaların sonucunda, maliyet ve elektrikselteknik üstünlükleri açısından SF6 gaz yalıtımlıakım transformatörleri için en uygun tipin kafatipi olduğuna karar verilmiştir.

2.2 Bushing Malzemesi Çalışması

Yürütülen araştırma faaliyetleri sonucunda,SF6 gaz yalıtımlı transformatörler için en uygunbushing malzemesinin, üzeri silikon pedigotlarile kaplanmış kompozit tüp olduğu görülmüştür.Bu tercihte günümüz teknolojisindeki songelişmelerinin izlenmesinin yanında, seramikbushınglerin gaz basıncı altında patlamarisklerinden kaynaklanan emniyet faktörü degelmiştir. Silikon kaplama aynı zamandakompozit malzemeyi hassas olduğu ultraviyoleışınlarına karşı koruma görevini de görmekteve, silikon malzemenin seramik bushingler gibihidrofilik olmaması özelliği ile yalıtım açısındanda avantaj sağlamaktadır. Yüksek teknolojigerektiren bu işlemin prototip bütçe ve süresiiçinde gerçekleştirilmesi mümkün olmadığındanve pedigotların projede asıl önemli kısmıoluşturan ve laboratuarda yapılan yalıtımtestleri için gerekli olmamalarından dolayı,üretilecek prototipin bu tür bir işlemigerektirmeyen harici, temiz ortam tipindeüretilmesi kararlaştırılmıştır.

2.3 Çalışma Basınç ve Gerilim SeviyelerininBelirlenmesi

Transformatörün normal çalışması sırasındakiSF6 gaz basıncının, gerek transformatörünminimum çalışma sıcaklığı ve gaz yalıtımlısistemlerde muhakkak çok düşük seviyelerdede olsa gaz kaçağı olduğu göz önündebulundurulduğunda, gerekse kullanımdabulunan ürünlerin çalışma basınçları göz önünealındığında, 20°C'da 4.9 bar olması uygungörülmüştür. Transformatörün minimumçalışma sıcaklığı çalışma gaz basıncını vetransformatör boyutlarını etkilemektedir.Üretilecek transformatörde -40 °C çalışmasıcaklığı istenildiğinden, bu sıcaklıkta SF6'nınbuharlaşma basıncı 3.49 bar olmakta yani bubasıncın üzerinde kullanımı mümkünolmamaktadır. Bu noktadan hareket edereküretilecek prototipin hemekadar 4.9 bar'daçalışması kararlaştırılmış olsa da, tasarımınistenilen izolasyon seviyelerinin tamamını 3.49bar'da karşılayabilmesi esas alınmıştır. Aradakalan fazla gaz miktarı transformatörün normalçalışma esnasında daha iyi bir yalıtım

seviyesinde çalışmasını sağlamasının yanında,yukarıda da belirtildiği üzere transformatördeçok düşük seviyelerde de olsa gaz kaçağıolacağından, bu kaçan miktarı kompanseedecektir.

Tasarım esnasında göz önünde bulundurulanen önemli noktalardan birisi de gaz kaçağıdurumunda basıncın 4.9 bar'dan 1 baradüşebileceğinin ve bu durumdatransformatörün hangi izolasyon seviyelerinedayanması gerektiğinin belirlenmesi olmuştur.Yapılan değerlendirmede, bu tür bir durumlaancak hızlı bir basınç düşümüne yol açabilecekçok ciddi ve büyük olasılıkla harici nedenlerdenkaynaklanabilecek bir arıza durumundakarşılaşılabileceği kararlaştırılmıştır. Normalolarak transformatör üzerinde bulunandensimetreden periodik olarak yapılacakkontroller ile gaz kaçaklarını tesbit edebilmekmümkün olup, gene densimetre üzerine monteedilebilen anahtarlar ile gaz yoğunluğu kritikdeğerlerin altına düştüğünde sorumlu kişilereve koruma ekipmanına anında uyarıdabulunmak mümkündür. Bu sayedetransformatörün anında veya çok kısa bir süreiçerisinde devreden çıkarılabilme imkanı vardır.

Bu bilgiler ışığında, transformatörün 1 barbasınçta maksimum sistem gerilimi koşullarınısağlayacak şekilde çalışmasına devamedebilmesinin gerekli olduğu, ancak 1 barbasınçta normalde istenilen izolasyonseviyelerinden 1 dakika 325 kV rms gerilime ve1.2/50 us 750 kV darbeye dayanımına gerekolmadığı kararlaştırılmıştır.

SF6 gazının dielektrik dayanım değerleri enkritik çalışma koşulu olan +20 °C, 1 bar basınçiçin 6 kV(rms)/mm olarak alınmıştır. Bubasınçta literatüre dayanarak elde edilenverilere göre SF6'nın maksimum dayanımdeğeri, homojen elektrik alan dağılımı için 6.5kV(rms)/mm olup, bizim transformatör üzerindeyaptığımız deneylerde 6.3 kV(rms)/mmdeğerine ulaşılmıştır. SF6'nın elektriksel birboşalım ile parçalanmasının ardındaneldelerinin birleşerek kendini yenidenoluşturabilmesi, transformatör üzerinde akımısınırlandırılmış ark değerleri ile bu türdeneylerin yapılmasına izin vermiştir. Budurum da SF6 yalıtımlı sistemlerin bir diğeravantajı olup, yağlı transformatörlerdeoluşabilecek bu tür bir ark, küçükte olsa,oluştuğu yol üzerinde zayıflamaya yol açmaktave muhakkak transformatörün sökülerek kağıtyalıtımının yeniden yapılmasınıgerektirmektedir.


SF6 gazının basınç değerleri saptanırkensıcaklık olarak +20 °C baz alınmıştır. SF6gazının basıncı şüphesiz -gaz kanunlarınauygun olarak sıcaklığa bağlı olarakdeğişmektedir ancak bu gazının yalıtkanlığınınhesaplanmasında göz önünde bulundurulmasıgereken çok önemli bir nokta, yalıtkanlığınbasınçla değil gazın yoğunluğu ile değiştiğidir.Dolayısı ile sıcaklığın düşmesi ile gazbasıncında düşme olsa da, eğer sıvılaşmaolmuyor ise gaz yalıtkanlığının sabit kaldığıkabul edilebilir. Transformatörün -40°C / +55°Csıcaklıklar arasında kullanımı söz konusuolduğundan gaz basıncı 3.49 bar ile 5.35 bararasında değişebilmektedir. Normal

manometrelerden bu değişim aralığı içerisindeolabilecek düşük seviyelerdeki gaz kaçaklarınıgözleyebilmek mümkün olmadığından,göstergesi sıcaklığa göre düzeltilmiş olandensimetre kullanımı gerekli olmaktadır. Bunedenle harici uygulamalarda transformatörüzerinde basıncı gösteren manometredenziyade densimetre (çalışma prensibi basitçeibresi bir bi-metal malzeme aracılığı ilesıcaklığa göre düzeltilen manometre olarakverilebilir) bulunması gerekli görülmüştür.

Emniyet tapasının tasarımında prototiptekullanılan tapa geometrisi için 7.5 bar basınçta(gauge) atan ve bu amaçla özel olaraktasarlanmış alüminyum levha kullanılmıştır.Yaptığımız çalışmalarda bu tür uygulamalardaalternatif olarak grafit disklerin dekullanılabileceği görülmüştür.

2.4 Yüzey Pürüzlülüğünün Etkileri

SF6'nın yalıtkanlık seviyesi yüzey pürüzlülüğüile bağlantılı olup, etkilenmemesi için

yüzey pürüzlülüğü x çalışma basıncı < 40

bağlantısının sağlanması lazımdır.Transformatörün çalışma basıncı 4.9 barolduğundan, buradan yüzey pürüzlülüğü'nün 8u.m'nin altına olması gerekliliği ortayaçıkmaktadır.

2.5 Elektrik Alan Problemleri

Prototip tasarımında sekonder nüve üzerlerinin,statik elektrik birikimini engellemek, koronayakarşı dayanıklı hale getirmek ve çalışmaesnasında tasarımda referans alınan toprakpotansiyelinde olmasını garanti edebilmek içinmetal elektrodlarla kaplanmasıkararlaştırılmıştır. Transformatörde ki bir diğerönemli elektrod uygulaması da, transformatörkafası ile bushinginin birleştiği nokta etrafındaoluşan ve havada koronaya yol açan elektrik

alanındaki yoğunlaşmanın, bushing üzerindekipotansiyel dağılımının mümkün olduğunca eşitbir şekilde yapılarak önlenmesi için yapılmıştır.

Transformatörün çalışacağı en düşük sıcaklık,gaz kaçağı durumunda basıncın 1 bara kadardüşebileceği göz önünde bulundurulduğundaçalışması istenilen gerilimler, normal çalışmagerilimleri, normal çalışma basıncı ve SF6'nınbasınca dayalı olarak değişen elektrikseldayanım seviyeleri belirlendikten sonratransformatör geometrisinin kullanılmasıkararlaştırılan Sonlu Elemanlar Yöntemi ilebelirlenmesine başlanılmıştır. Bu amaçla, projeiçin satın alınan HP90007720 iş istasyonunayüklenen, non-linear ve kompozit malzemeçözüm yetenekleri gelişmiş, MARC genelamaçlı SEY programı kullanılmıştır.

Tasarımda, transformatörün en kritiknoktasının, bushing elektrodunun alt boğazkısmının olması kararlaştırılmıştır.

Transformatörde koaksiyel yapı oluşturan,primer elektrodun sekonder elektodların içindengeçtiği kısım ile sekonder uçların nüvelerdentransformatör alt kısmına ulaşmasını sağlayantüpün bushing elektrodunun içinden geçtiğikısımlarda, elektrik alan dağılımını optimizeedebilmek için bu yapıların birbirlerini görenyüzeylerinin çapları arasında ues2.71" oranınınolması esas alınmıştır.

3.0 TESTLER

Transformatör, sızdırmazlık testlerine ve IEC-185 standardına göre rutin ve tip testlerine tabitutulmuştur.

3.1 Gaz Sızdırmazlık Testleri

Transformatör parçalarından gaz sızdırmazyapıda olmaları gereken kafası, bushingi vekaidesine 10 bar basınç altında yarım saat süreilersızdırmazlık testi uygulanarak montaja esasparçaların sızdırmazlıkları garanti edilmiştir.Transformatör, montajının tamamlanmasındansonra tekrar 1 mBar vakum altında 1 gün sürelidiğer bir sızdırmazlık testine tabi tutulmuş vetatmin edici bir sonucun alınmasının ardındangaz doldurma işlemine geçilmiştir.

3.2 Elektriksel Testler

Tamamlanmış transformatör üzerinde aşağıdadetaylandırılan şu testler yapılmıştır:

• Ölçü nüvesi için Sınıf Testleri ve Korumanüvesi için Bileşik Hata Testleri.

• Sıcaklık artış testi.• Kısmi boşalma •»«•I

ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ 6. ULUSAL KONGRESİ- 253-

• Yalıtım testleri; Primer toprak arası veSekonder sarımlar arası.

• Yıldırım darbe testi.

Yalıtım ile ilgili testler, transformatör gazbasıncı önce 1 bara, daha sonra da 3.49 baragetirilerek iki kere yapılmış ve yukarıdaaçıklanan kriterlerimize uygun olaraktransformatörün testlerin tamamından başarı ilegeçtiği görülmüştür.

4.0 SONUÇ

Projenin gerçekleştirilmesi ile birlikte,Türkiye'de genel olarak lisans ilegerçekleştirilen bu tür üretimlerin tamamenyerli imkanlarla gerçekleştirilebilmesi mümkünolmuştur. Böylece ülkemizde SF6 yalıtımlı ölçütransformatörlerinin tasarımı ve imalatıkonusunda önemli bir aşama kaydedildiğineinanmaktayız.

Proje sonuçlarının seri imalata aktarılabilmesiile ilgili olarak aşağıdaki yatırımların yapılmasıgerekli görülmektedir.

• Kompozit malzeme üzerine silikonpedigot kaplama teknolojisinin Türkiye'yegetirilmesi

Bu konudaki en uygun çözümün, hazırlanacakbir kalıp ile seçilecek silikon tipinin bushingüzerine direk olarak ve anda mümkünolduğunca fazla sayıda pedigot oluşturacakşekilde uygulanması olduğu değerlendirilmiştir.

Bu teknolojiye alternatif çözüm aramaçalışmalarımız şöyle sonuçlanmıştır.

• Daha küçük boyutlardaki izolatörler için tekparça silikon tüpler geliştirilmiş olup, bunlarıözel aparatlar aracılığı ile izolatör etrafınageçirmek mümkün olmaktadır. Pedigotlargeçirme esnasında el ile şekillendirilmektedir.Ancak bizim uygulamamızdaki bushingebatlarında bu tür bir çalışmayı yapmakmümkün görülmemektedir. Görülen bir diğerdezavantajda silikon tüp ile izolatör arasındadielektrık sabiti diğerlerine göre düşük olanhava bulunmasının önlenemeyeceğinin vezamanla araya girebilecek nem ve suyunmalzeme yalıtkanlığını bozabileceğiolmuştur.

• Silikon pedigotlar, hazırlanacak kalıplararacılığı ile tek tek imal edilerek, sonradanbushing etrafına geçirilebilir. Bu tür bir imatıhalihazırda Türkiye'de yaptırmak mümküngörülmektedir. Ancak yukarıda bahsedilen,pedigotlar ile bushing arasına hava, nem ve

su girebilmesi ile ilgili sorunlar burada dageçerlidir.

• Yüksek basınç altında gaz sızdırmazalüminyum döküm teknolojisinin Türkiye'yegetirilmesi

Transformatör kafasının ticari uygulamasınınolabilmesi için daha ucuz, daha çabuk veistenilen teknik özelliklere uygun imaledilebilmesi gerekmektedir. Prototiptekullanılan ve ayrı ayrı işlenerek elde edilenparçaların kaynatılarak birleştirilmesi ileoluşturulan transformatör kafası hem pahalıyamal olmakta, hem de yüzey pürüzlülüğününistenilen seviyelerde sağlanması mümkünolmamaktadır. Kaliteli bir dökümle elde edilentek parça bir transformatör kafasınında iseconta yüzeylerinin işlenmesi ile basit birkumlama işlemi yeterli olmaktadır.

Prototip çalışmalarımız sırasında tek parçaalüminyum döküm ile yapılabilecek bu tür birimalatın yurtiçinde gaz sızdırmaz şekildegerçekleştirilemediğini görmüş bulunmaktayız.

• Tozdan arındırılmış üretim ortamısağlanması

SF6 gaz yalıtımlı cihazlarda bulunabilecekmetal parçacıkları, elektriksel yükleriüzerlerinde toplayarak bulundukları yerdekielektrik alan dağılımını bozmakta, dolayısı ileyalıtım seviyesini düşürmektedirler. Bu nedenlebu tür cihazların imalatları aşamasında gerekmonte edilecek parçaların temiz olmalarınınsağlanması, gerekse montaj ortamının tozdanarındırılmış olması gerekmektedir.

KAYNAKÇA

1. New Gaseous InsulationNakasnishi K. (Mitsubishi Electric Corp,Amagasaki Japan)IEEE Transactions on Electrical InsulationvEI-21n6 Dec 1986 p 933-937

2. Sulphur Hexaflouride - a Complox DielectricBoggs Steven A. (Underground System İne,Armask NY USA)IEEE Electrical Insul Mag v5 n6 Nov-Dec 1989 p16-21

3. Fundamental Processes of SF6Decomposition and Oxidation in glow andCorona DischargesVan Brunt R.J. (Natl. Inst of Stand and Technol,Gaithersburg MD USA), Hermon JTIEEE Trans Electr Insul v25 n1 Feb 1990 p 75-94


- 254-

4. Development of Insulation Technology forHigh-Voltage Gas-lnsulat&d TransformerGato Kiyoshi (Tokyo Electr Povver Co İne, TokyoJpn), Yamazaki Takashi, teranishi fsuneharu,Ikeda Masami, Murase Hirashi, Okubo HitoshiIEEE Trans Power Delivery v n A 1989 p 1096-1102

5. Basic Physics of Gaseous DielectricsChristophorou L.G. (Oak Ridge Natl Lab, TNUSA), Pinnaduvvage L.A.IEEE Trans Electr Insul v 25 n 1 Feb 1990 p55-74

6. Development of 275 kV Gas Cooled type Gas-Insulated Power TransformerKudo A. (Mitsubishi Elect Corp, Ako Japan),Nishitanı T, Yashikawa T, Wan C.T.IEEE Trans Povver Delivery v 8 n 1 Jan 93 p264-270

7. Safety Concept Against DestructiveConsequences of High Voltage InstrumentTransformer FailureProceedings 91, IEEE Povver Eng. Soc. Tran.and dist. Conf. (Ct. No. 91CH3070-0), Dallas TXUSA 22-27 Sept 1991 (New York NY USA, IEEE1991) p 606-12

8. Insulating Characteristics of Small SF6 GasGaps Under Lighting Impulse VoltagesIshii T., Hasamura M., Hosai M., Toda K.,Terarıshi T., Murose H., Yarabu S. (Tokyo ElectrPovver Co İne, Tokyo Japan)Gaseous Dielectric 6 (Proc Int Sym) 6th 1990 p261-6

9. Sealed High Voltage Equipment with Suttur F6Insulation for Partial DischargeCharacteristicsVishnevskii Yu. I, Arshaskii I. Sh, SyromyatkinovB.D. (USSR)Electrotekhnika 1991

10.ASEA Instrument Transformers ApplicationGuideKnut SjövallJanuary 1986

11. Sulphur HexafluorideSOLVAY Fluor und Derivate GMBHJanuary 1992

12. Sulphur HexafluorideAUSIMONT

13. The experience of Electricite de France in SF6medium voltage switchgearTechnical series, September 1987Electricite de France International

14.Product Information, Statement to SulphurHexafluoride and the environmentSOLVAY Fluor und Derivate GMBHHannover, February 1991

15. Sulphur hexafluoride - Data sheetsJohn T. Miltek, Hughes Aircraft Company, Culvercity, CaliforniaOctober 1964

16. Seismic Design of Instrument TransformersSalvador, J.P. VandeleeneGEC Alsthom Technical Review, No. 7, 1991

17. Insulating Materials for Design andEngineering Practice

Frank M. Clark, General Electric Company,Schenectady, New YorkJohn vViley and Sons Inc., 1962

18. Identification and Study of Some Properties ofCompounds Resulting from theDecomposition of SF6 under the Effect ofElectrical Arcing in Circuit-BreakersClaude Boudene, Jean Louıs Cluet, Gerard Keib,Gerard WindRGE Special Issue, June 1974

19. Development of Compact 500 kV 8000 A GasInsulated Transmission Line • Study onInsulation DesignKobayashi, S. Mori, M. Koshiishi, K, Ninomiya,M. Matsuki, H. Yokoyama, T. HaraIEEE Transaction on Povver Apparatus andSystems, Vol. PAS-103, No. 11, November 1984

20. Characterisation Problems of InsulatingMaterials for G.I.S. ComponontsBozzo, L. Centurioni, G. Coletti, D. TommasiniFifth International Symposium on High VoltageEngineering, Braunschvveig, 24-28 August 1987,Germany

21. Resin and Mineral Filler Influence on thePerformance of G.I.S. Cast InsulatorsCenturioni, G. Coletti, L. SfondriniIEEE Int. Symp. on Electrical Insuiation,Washington D.C., June 9-11, 1986

22.New Current Transformer Using SF6 andCompound Support Insulation SystemsFrancois Faitermeier, Moser-Glaser & Co. Ltd.(MGC)IEEE Transactions on Povver Delivery, Vol. 3,

. No. 2, April 198823. SF6 Insulation and Its Application to HV

EquipmentYanabu, Y. Murayama, S. MatsumotoIEEE Transactions on Electrical Insulation, Vol.26, No. 3, June 1991

24. Countermeasure Against Explosion of GasInsulated Porcelain BushingNaito, T. Moriya, Y. Matsuura, T. Nakayama, T.NakamuraIEEE Transactions on Povver Delivery, Vol. 4,No. 4, October 1985

25. Development of 275 kV EHV Class Gas-Insulated Povver Transformer

rHarumoto, Y. Kabayama, Y. Kuroda, Y.Yoshida, H. Kan, Y. Miura, T. HakataIEEE Transactions on Povver Apparatus andSystems, Vol. PAS-104, No. 9, September 1985

26. Cooling Effect by Gas Density of SF6Insulated TransformerŞato, T. Ina, M. MatsumotoIEEE Transactions on Povver Apparatus andSystems, Vol. PAS-101, No. 7, July 1982

27.IEC 185 International Standard - CurrentTransformersInternational Electrotechnical Commission

28. Standard Handbook for Electrical EngineersDonald G. Fink, H. Wayne Beaty

29.SF6 Gazının Özellikleri ve Yüksek GerilimCihazlanndaki EtkileşimiDoç. Dr. Ali Gökmen


- 255-

30.SF6 Gazının Elektriksel özellikleri veYalıtkanlık SeviyesiDoç. Dr. M. Sezai Dinçer

31. TS 855 - Yalıtma KoordinasyonuTürk Standardlar EnstitüsüNisan 1970

32. TTGV-023 SF6 Gaz Yalıtımlı ÖlçüTransformatörü Projesi - Kesin RaporEmek Elk. End. A.Ş.Mart 1995

ÖZGEÇMİŞLER

Rasim Aldemir.27.1.1945'de Tokat'tadoğdu. 1962 yılındaAlmanya'da dil öğrenimigördü. 1969 yılındaAlmanya KarlsruheTeknik ÜniversitesindenElektrik Yüksek Mühen-disliği derecesini aldı.1969-1973 yılları ara-sında aynı üniversitedeDoktora çalışmalarıyaptı. 1978 yılındaKTÜ'den Doçent Unva-

nını aldı. 1978-1985 yılları arasında KTU'de öğretimüyesi olarak çalıştı. 1985 yılında beri BarmekHolding bünyesinde çeşitli görevlerdebulunmaktadır.

Salih Ekmekçioğlu.15.1.1962 Ankaradoğumludur. 1984 yılın-da Boğaziçi ÜniversitesiElektrik MühendisliğiBölümünden Lisans ve1987 yılında ODTÜElektrik ve ElektronikMühendisliği Bölümün-den Yüksek Lisansderecelerini aldı. Sırasıile 1985-1988 yıllarıarasında Tübitak'ta,1990-1991 yılları ara-

sında TAl'de, 1991-1993 yılları arasında MarconiKomınikasyon A.Ş.'de görev almış olup, 1993yılından buyana Emek Elk. End. A.Ş.'de çalışmak-tadır.


- 256-

Documents

ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ 6. ULUSAL KONGRESİ · o \ s o z TMMOB Elektrik Mühendisleri Odası, Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Elektronik Mühendisliği