ORTA GERİLİM DAĞITIM SİSTEMİ GELİŞİM KRİTERLERİ VE FİDER OTOMASYONU

2. TEK BİR OG SEVİYESİNE GEÇİŞ VE DÖNÜŞÜM

1. GİRİŞ Bu makalede, Aralık 1992 Temmuz 1994 tarihleri arasında,

TÜBİTAK BİLTEN'de İstanbul Avrupa Yakası Elektrik Dağıtım Sistemi Master Projesi kapsamında yapılan çalışmalarda hazırlanan ve bundan sonra büyük şehirlerimizde uygulanacak olan OG dağıtım sistemi gelişim kriterleri ve bunlara bağlı olarak gündeme gelen fider otomas yonu sistemi özetlenecektir.

Bu çalışma kapsamında hazır lanan proje kriterleri /1 2/ TEDAŞ'ça onaylanmış ve bu kriterlerin diğer büyük şehirleri mizde de uygulanmasına karar verilmiştir.

Nevzat Özay / Nezih Güven

TUBITAK BILTEN Elektrik Elektronik Müh. Böl. Orta Doğu Teknik Üniversitesi

Ankara

Büyük şehirlerimizde dağıtım sistemlerinde şimdiye kadar yapıla gelen uygulamada, gerilim önce indirici merkezlerde 34.5 kV seviye sine düşürülmekte ve buradan çıkan 20 30 MVA taşıma kapasitesindeki fîderlerle enerji yük merkezlerine iletilerek, bu noktalarda yapılan ikinci bir transformasyonla gerilim daha düşük bir seviyeye (İstanbul'da 10.5 kV, Ankara'da 6.3 kV) indir genmekte, çok yaygın olarak bulunan dağıtım transformatör lerinin (İstanbul'da 7500. Ankara'da 2500 adet) beslenmesi sağlanmaktadır. Bu şekilde bir düzenden esas amaç, pahalı yüksek gerilim malzemesini en az oranda kullanmak, dağıtımı daha düşük bir gerilimde gerçekleştirerek ekono mik bir sistem ortaya çıkarmaktır.

Ancak yüklerin zamanla art ması, daha düşük gerilim seviye lerinde yapılacak fıderlerin sayısını ve duplikasyonunu artırmıştır.

Bunun yanısıra 34.5 kV malzeme imalatında gerçekleşen aşamalar sonucunda bu tür malze melerin güç taşıma kapasitesi 10.5 kV malzemeye göre aynı kesitte 3 katı iken, malzemenin türüne göre fiyatı 1.1 2 katı arasında olmaktadır.

İki OG gerilim seviyesinden birinin dondurularak zamanla eko nomik ömrünü doldurdukça devre dışı bırakılması ve bütün yeni gelişmelerin tek bir gerilim seviye sinden yapılması bütün dünyada ekonomiklik ve basit işletmeye yönelmesini sağlamıştır.

Master Projede de temel ilke olarak, bugün İstanbul'da dağıtım şebekesinde kullanılan iki orta gerilim seviyesinden 10.5 kV'un (benzer şekilde 15 kV'un) çifte transformasyonun getirdiği kayıp lar, işletme zorluklan ve maliyet artışları nedeni ile tasfiye edilmesi ve dağıtım sistemi gelişiminin 34.5 kV seviyesinde yapılması kabul

İBİIIBUTT

TMH

edilmiştir /I/.

Mevcut 10.5 kV sistem ekonomik ömrünün sonuna kadar kullanılacak, 34.5 kV'a dönüşüm kademeli olarak gerçekleştirilecek tir. Master Plan döneminde oluşa bilecek yük artışları öncelikle 34.5 kV gerilim seviyesinden karşılan maya çalışılacaktır. 10.5 kV siste min yüklü ve sorunlu olduğu böl gelerde, 10.5 kV şebekeye yeni yatırım yaparak 10.5 kV fideden ve 34.5/10.5 kV transformatörleri rahatlatmak yerine, prensip olarak, 154/34.5 kV ana indirici merkezler arasına yeni 34.5 kV dağıtım fıderleri çekilerek güzergah üze rindeki 10.5/0.4 kV merkezler 34.5/Ü.4 kV'a dönüştürülecektir. Bu dönüşümlerde, aynca, ringi olma

yan 10.5/0.4 kV merkezlere ve ekonomik ömrünü dolduran 10.5 kV sisteme öncelik verilecektir. Bu yatırımlarla 2010 yılında OG dağı tımı büyük oranda 34.5 kV seviyesinde yapılıyor olacaktır. Bu amaçla her yıl, yeterli ve gerekli sayıda 10.5 kV dağıtım trans formatör merkezi, sistemli şekilde, 34.5 kV'a dönüştürülecektir.

Yeni yük artışlarının, 34.5 kV şebekenin hazır olmaması veya büyük yatırım gerektirmesi duru munda yük talepleri mevcut 10.5 kV şebekeye gerekli ilaveler yapılarak 10.5 kV'luk sistemden karşılana bilecektir. Ancak, tesisi söz konusu olan bütün sistemler 10.5 kV'ta işletilecek olsa bile, daha ileride 34.5 kV'a dönüştürülebilecek şekil

de tasarlanacaktır. Mevcut 10.5/0.4 kV'lıık transformatörlerin beslediği alan larda özel yapılaşma (gökdelen, fabrika, hastahane gibi) nedenleri ile ortaya çıkan kesif noktasal yükler ve 1 MVA üzerindeki bütün yük talepleri prensip olarak 34.5 kV'luk sistemden karşılanacaktır, imar pla nındaki genişlemeler nedeniyle yeni yerleşim alanlarındaki yapılaşma sonucu çıkan yükler için yapılacak dağıtım sistemleri, yalnız 34.5 kV olarak projelendirilecektir.

Mevcut dağıtım sisteminin sorunsuz ve/veya yeni olduğu bazı bölgelerde ( örneğin: 2. Etüd Böl gesini oluşturan Suriçi ve 15 kV dağıtımın bulunduğu Avcılar yöresi) ise kısa ve orta vadede dönüşüm

FBEH OCT9C KABLO OUC KABLOSU

KAYNAĞI

RTU

KAYtttfll

TERMK ROLE lo

0.4 kV

Seki/ 1. 34.5/0.4 kV Dağıtım Transformatörü Merkezi Ölçü ve Koruma Prensip Şeması

22 396 ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ

MISMTT

çalışmalarına gerek olmayabilecek

i) Dağıtımın 34.5 kV'dan

tir.

yapılmasının getirdiği avantajlar

Dönüşüm çalışmaları sonucu, (daha uzak mesafelere daha büyük

belli aşamadan sonra, mevcut oranda güç taşıyabilme) ve esneklik,

34.5/10.5 kV (veya 34.5/15 W) az sayıda daha büyük indirici

indirici merkezlerin işlevi ortadan merkezlere olanak sağlamaktadır.

kalkacak ve bu merkezler 34.5 Dolayısı ile, yüksek yük yoğun

anahtarlarım merkezleri haline luğuna sahip bölgelerde, klasik salt

dönüştürüleceklerdir.

merkezi için uygun yer bulunabilen

OG dağıtımın bundan sonra 34.5 kV seviyesinde yapılması ile gündeme gelen iki önemli nokta şunlardır:

34.5 kV seviyesinde bir fıderden beslenen müşteri sayısı 10.5 kV'luk bir fıdere göre 3 katı fazla olabileceğinden, belirli bir arıza durumunda etkilenecek müş teri sayısı da o kadar fazla olacaktır.

noktaların daha iyi değerlendiri lebilmesi amacıyla yeni ve tevsii edilebilecek mevcut merkezlerin proje güçleri 4x100 MVA olarak öngörülmüştür. Yeni merkezler için yer bulmanın sorun olmadığı, daha düşük yük yoğunluğuna sahip bölge lerde ise 154/34.5 kV indirici mer kez kurulu güçleri 3x100 MVA olarak tasarlanacaktır.

Dolayısı ile, OG dağıtım fider

ii) 154/34.5 kV transforma

lerinde oluşan arızaların algılan törlerin normal şartlar altında

ması, yerlerinin hızla belirlenmesi yüklenmesi en fazla % 80 ile sınır

ve arızalı kısmın devreden çıka landırılacaktır.

rılarak sistemin diğer kısımlarına

iii) 34.5 kV baralarda kısa

enerji beslemesinin mümkün olan devre akımı, 154/34.5 kV transfor

en kısa kesintiyi takiben tekrar sağ matörlerin % 12'lik kısa devre

lanması işlevlerini gerçek leştirecek empedansı ve 154 kV tarafta sonsuz

bir fıder otomasyonu sistemine bara kabulü ile, 13.9 kA değeriyle

gereksinim vardır.

sınırlandırılacaktır. Dolayısı ile,

34.5 kV malzemenin 10.5 kV malzemeye göre daha büyük bir hacim kaplaması yer sonullarını ortaya çıkaracaktır. İstanbul'un birçok bölgesinde dağıtım trans formatörü yeri için yeterli sayıda ve alana sahip yer bulmak oldukça zorlaşmıştır. Dolayısı ile, 34.5 kV'a dönüşüm sırasında. 34.5 kV teçhi zatın mevcut 10.5 kV'luk merkeze sığması mecburiyeti gündeme gel miştir. Bu amaçla, proje kriter lerinde 34.5 kV salt teçhizatı olarak (uzaktan kumandaya elverişli) gaz izoleli yük ayırıcılar önerilmiştir.

transformatörlerin paralel çalıştırıl maması öngörülmektedir.

iv) 3x100 MVA kurulu gücündeki merkezlerde, 34.5 kV tarafta, gerekli yük bölümünü sağlayabilmek için 3 bara düzeni, 4x100 MVA kurulu gücündeki merkezlerde ise kesik çift bara düzeni bulunacaktır. 34.5 kV fıder düzeni açık çalıştırılacak ring biçi minde olacağından ve OG dağıtım sisteminin tasanmında fıder başında olabilecek arızalarda bile, fıder üzerindeki dağıtım transformatörle rinin tamamının fıderin diğer ucundan beslenebileceği daima göz

3 34.5 KV BESLEME DÜZENİ önüne alındığından, transfer barası na gerek kalmayacaktır.

3.1 1S4/34.S kV İndirici Merkez

v) Bu transformatörlerden

Gelişimi

alınacak 34.5 kV çıkış öderlerinin

sayısı en az 8 olacaktır.

Master Projede 154/34.5 kV indirici merkezlerin tasarımında göz önüne alınan ana prensipler şunlardır:

vi) 34.5 kV fider ler, indirici merkezlerde fıder başında tmlunan kesicilerle korunacaktır. Fider korumaları 2 faz+1 toprak

röleleri ile sağlanacaktır. Bir arıza durumunda, en geç açma süresi (artçı konuna dahil) 1 saniyeyi geçmeyecektir.

vii) Yeni ana indirici merkezler için yerleşik alanlarda uygun yer bulmak şu anda bile büyük sorun olmaktadır. Önerilen merkezler için uygun yerler bir an önce belirlenmeli ve istimlak edil melidir. Proje grubumuz, zorunlu kalınmadıkça, pahalı olan ve tama men yurt dışından getirilen gaz izoleli salt merkezlerinin (GIS) yapılmasını uygun görmemektedir.

3.2 34.S kV Fiderler

Prensip olarak 34.5 kV bes leme düzeni, 154/34.5 kV ana indirici merkezler arasında açık çalıştırılan ring olarak tasarlanacak, ancak ringin tamamlanmasının eko nomik ve kolay olamayacağı kırsal alanlarda radyal besleme düzeni düşünülecektir. Şehrin çevresinde, kırsal alana sınır durumunda olan ana indirici merkezlerden veya dağıtım merkezlerinden çıkan OG fıderleri kendi üstlerine kapanacak şekilde tasarlanabilecektir.

34.5 kV fıderlerin yapımında, imarlı, alt yapısı tamamlanmış ve yerleşim olan bölgelerde yeraltı kabloları, imarlı fakat yerleşim olmayan bölgelerde havai hat kullanılacaktır. Havai hatlı şebe kelerde anzanını ayrılması ve tekrar kapama işlemleri havai hatlardan alınan saplama nok talanna yerleş tirilecek primer koru malı, harici, direk üstü, tekrara kapama yapa bilen düşük güçlü kesiciler (recloser) ile sağlanacaktır. Bunla rın uzaktan kumandaya uygun olması ileride otomasyona geçişte kolaylık sağlayacaktır.

Kablolu fider düzeni için:

0154/34.5 kV'luk merkez leri ve/veya şimdiki 34.5/10.5 kV'luk merkezleri birleştirecek kab lolarda azami kapasiteyi sağlayacak

IBJMUTf"

396 ELEKTRİK «*«% MÜHENDİSLİĞİ Z O

TUH

240 mm2'lik (Cu) XLPE kablolar, ğünden ve SF6 ortamında çalışan

ii) Yükün değişmeyeceği adi ayırıcılarla yük ayırıcıları

veya beklenen değişikliklerin kapa arasında fiyat bakımından bir fark

sitelerin altında kalacağı yörelerde olmadığından, 34.5/0.4 merkezlerde

95 mm2'lik (Cu) XLPE ve 150 gaz izoleli yük ayırıcılarının

mm2'lik (Cu) XLPE kablolar kullanılması avantajlı olacaktır. Bu

kullanılacaktır.

yolla hem manevra imkanları arta

Klasik havai hat düzeninde cak, hemde fıder başı kesicisinde

kullanılacak iletken kesitleri ise 3/0 işlem sayısı azalacaktır.

AWG veya 477 MCM ACSR olarak

Dünyadaki uygulamalar, SF6

belirlenecektir.

ortamında çalışan 34.5 kV yük

Yeni çekilecek 34.5 kV'luk ayırıcılarının geliştilmesi ile 34.5

kablolar ucuzluk, arıza olasılığı, kV'luk metal clad hücre boyut

onarım kolaylığı nedenleri ile tek larının oldukça küçüldüğünü göster

damarlı olacaktır.

mektedir. Ancak bu şekilde bir

Tek fazlı kabloların getirdiği çözümün ekonomik olabilmesi için

diğer bir avataj ise bunlarda oluşa yerli malzemelerle üretimin oluş

bilecek arızaların % 95'in üzerinde ması ve standartlaşması gerekmek

tek faz ve toprak anzası şeklinde tedir. Buna ek olarak SF6 yalıtımlı

ortaya çıkmalarıdır. Bu durumda yük ayırıcıları ve komple metal arızalanan kablonun yorulmasını en muhafazalı üretimlerinin Türkiye aza indirgeyecek 154/34.5 kV 'hık genelinde yaygınlaşması ve stan transformatörün nötr bir direnç dartlaşması sağlanacaktır.

üzerinden topraklanması yapılacak

34.5 kV'luk fıder sistemi salt

tır. Nötr topraklanmasında kulla teçhizatının modüler bir yapıda

nılacak 20 'luk bir direnç ile faz olması sağlanacak, dolayısı ile

vetoprak arızalan 1000 amperin ileride gerekebilecek branşmanlar

altında tutulacaktır.

için ilave salt cihazları kolaylıkla

34.5 kV'luk transformatör mer yerleştirilebilecektir.

kezlerin fıder tasarımı, en az iki

Dağıtım transformatörlerinin

yönden beslenebilir şekilde (kısa 34.5 kV'ta kısa devrelere karşı geçiş dönemleri dışında) yapıla korunmaları sigorta ile yapılacaktır. caktır. 2010 senesine kadar olan Herhangi bir sigortanın atması tasarımlarda, ana liderlerden oluşa durumunda, trafo girişindeki yük bilecek branşman sayısı küçük ayırıcısının açması sağlanarak tutularak ilave güç taşıma olanağı transformatörün dengesiz yüklen 2010 senesi ötesinde kullanılarak mesi önlenecektir.

yeni fıderler yapmadan yalnız yeni

34.5/0.4 kV'luk dağıüm

154/34.5 kV'luk merkezler yapı transformatörleri standart olarak

larak sistemin gelişmesi sağlana 630 1250 kVA güçlerinde seçile

caktır.

cektir. Transformatörlerin sekonde rinde ise yük ayırıcıları ile bağlantılı

3.3 34.5/0.4 kV Dağıtım Transformatör Merkezleri

termik röleler bulunacak ve bunlar aşın yüklenme durumunda prinıer deki yük ayırıcısını açtıracaklardır.

34.5 kV'luk sistemde

Dağıüm transformatörlerinin

kesiciler yalnız fıder başlarında alçak gerilim fıder sayısı, trans

bulunacak ve arızaya müdaheleler formatörün boyutlarına ve gerek

buradan yapılacaktır. Dağıtım trans sinimine göre 4 12 arasında olabile

formatörü merkezlerinde giriş, çıkış cektir. AG fider korumaları yük

ve trafo liderlerinde uzaktan kuman ayıncılı sigorta ile yapılacaktır.

daya uygun (yaylı, elle kurmalı veya

Dağıtım transformatör mer

motorlu) ayırıcılar kullanılacaktır. kezlerinde DC besleme kuru tip

Mevcut 10.5 kV merkezlerin 34.5 akülerle (bakımsız ömrü yaklaşık 3

kV'ta da kullanılması düşünüldü yıl) yapılacaktır. Şekil l'de Master

Proje kapsamında öngörülen dağı tım transformatör merkezi ölçü ve kontrol merkezi şemaları görülmek tedir.

İstanbul'un yerleşik bazı bölgelerinde (özellikle Beyoğlu ve Suriçi) yeni dağıtım transformatörleri için yer bulmak mümkün değildir. Mevcutların bir kısmı ise konum ve yerleşim olarak uygun değildir. Bu durumda drenajın sorun olmadığı yerlerde yeraltı transformatör mer kezlerinin projelendirilmesi söz konusu olabilecektir.

Belediye sınırları içinde, geçici tesisler hariç, dağıtım transformatör merkezleri (satışlar dahil) girdi çıktı şeklinde tasarlanacak ve işletilecek. OG fîderine saplama olarak bağlan mayacaktır. Belediye şuurları dışın da ise bütün merkezler, ileride girdi çıktı yapmaya imkan verecek şekilde tasarlanacaktır.

4. FİDER OTOMASYONU

Ülkemizde şu ana kadar ciddi ve önemli bir dağıtım sistemi oto masyonu işlevi gerçekleştirilmemiş tir. Aslında alt iletim görevi gören 34.5 kV'luk sistem haricinde de, otomasyon için gerekli ve uygun altyapı bulunmamaktadır. Son yıl larda herkesin şikayetine sebep olan arıza ve kesintilerin sıklığı ve süre leri, bir şekliyle dağıtım sistem lerinin uzun süredir ihmal edilmesi ve gerekli yatırımların zamanında yapılmamasına dayandırılabilirse de, bunun yanında uygun dağıtım otomasyonu işlevlerinin kurulmamış olmasına da bağlıdır. Dağıtımın 34.5 kV seviyesinde yapılacak olması. OG fıderlerindeki arızaların uzaktan algı lanmasını, izole edilmesini ve sis temin tekrar enerjilendirilmesini hızlı bir şekilde yapabilecek bir fıder otomasyonu işlevine öncelik kazan dırmıştır. Bu sistem için gerekli iletişim ortamı, dağıtım transfor matör merkezleri arasında. 34.5 kV güç kablolarının yanına yerleş tirilecek 4 fiberli multi mode (62.5 mikron) fiber optik kablolar ile sağlanacaktır. Bu fiber kablolar 1 inç

396 ELEKTRİK MÜHENDlSLlĞl

TKİ

ı C B

j

34.5

R.

DTMİ

0.4/0.231 kV

tr v

NO

NC

DTM3

Şekil 2. Arıza Algılama ve İzolasyonu

çapında yüksek yoğunluklu polietilen şekilde özetlenebilir. İki dağıtım

(HDPE) tüp içine döşenecektir. transformatörü merkezi (örneğin 2

154/34.5 kV ana indirici merkezlen ve 3 no Mu merkezler) arasında

arasında ise. bilgisayarlar için bir oluşan bir arıza, ana indirici

iletişim ağı oluşturma amacı ile, 4 veya merkezdeki klasik konuna düzeni

6 fıberli single mode fiber optik tarafından algılanır ve fider başı

kablolar kullanılacaktır.

kesicisi açar. Her dağıtım trans

Fider Otomasyonu Sistemi, formatör merkezi giriş ve çıkışında

dağıtım sisteminin yapısı gereği, bulunan arıza akımı algılayıcı lan,

hiyerarşik bir yapıda olacaktır. Bu arıza bilgisinin fider başındaki veri

nedenle dağıtım şebekesi, mevcut toplama birimine fiber optik kablo

İşletme ve Bakım Müdürlüklerinin üzerinden iletir. Veri toplama birimi

sorumluluk alanları ve coğrafi koşullar ise arızanın yerini belirleyerek

göz önüne alınarak değişik bölgelere gerekli açma işlemlerini ( 2 no'lu

ayrılacaktır. Bu bölgelerin herbirinde, merkezin çıkış yük ayırıcısı ile 3

tercihan bir 154/34.5 kV'Iuk merkeze no'lu merkezin giriş yük ayırıcısı)

kurulacak olan Bölge Kontrol Merkezi otomatik olarak gerçekleştirir. Daha

(BKM) bulunacaktır. BKM'ler bölge sonra fider başı kesicisi kapatılarak

deki indirici merkezler ve fıderler sistemin sağlıklı kısımlarına ( Şekil

hakkındaki bilgilerin (röle, anah 2'de 1 ve 2 no'lu dağıtım merkez

tarlama elemanları durum bilgileri, vs) lerine) enerji tekrar verilir. Arıza

toplandığı, gözlendiği, uzaktan kuman noktasından daha ileride bulunan ve

da (açma, kapama, kurma), arıza algı enerjisiz kalan merkezlerin tekrar

lama ve izolasyon işlevlerinin enerjilendirilmesi, fıderin sonunda

yapılabildiği bir istasyon konumunda normalde açık olan ayırıcının (NO)

olacaktır. Bu bilgiler BKM'de kapatılarak bu yüklerin diğer fıdere

operatörlere bir kullanıcı arabirim yazı aktarılması işlemi BKM'deki bilgi

lımı ile sunulacaktır. Fider Otomas sayar aracılığı ile operatör tara

yonu sistemi, dolayısı ile dağıtım fından gerçekleştirilir. Bütün bu

SCADA sisteminin alt yapısını da işlemler en geç 1 dakikada gerçek

oluşturacak ve ileride kolaylıkla indi leştirilecektir.

rici merkezlerden gerilim, akım, güç,

kademe gibi analog bilgileri de

5. SONUÇLAR

toplayabilecek yapıda tasarlanacaktır.

Arıza algılama ve izolasyonunun

Bu makalede, İstanbul ili

çalışma prensibi Şekil 2 üzerinde şu Dağıtım Sistemi Master Planı

çalışmalarında, teknolojideki geliş meler ve büyük şehirlerdeki koşul lar göz önüne alınarak hazırlanan OG sistemi proje kriterleri sunul muş ve öngörülen fider otomasyonu sistemi tanıtılmıştır. Master Proje çerçevesinde planlanan 34.5 kV'a dönüşüm çalışmalarına. Boğaziçi Elektrik Dağıtım A.Ş'ce İstanbul Avrupa yakasında beş ayrı bölgede bu yıl başlanmıştır.

KAYNAKLAR

1. N. Özay, N. Güven, A. Türeli, M. Demiroğlu. Türkiye OG Dağıtım Sistemi için Gerilim Seviyesinin Belirlenmesi", TÜBİTAK BİLTEN, Rapor No: 1. Ocak 1993.

2. N. Özay, N. Güven, A. Türeli, "İstanbul Elektrik İletim ve Dağıtım Sistemi Master Planı: Proje Kriterleri", TUBİTAK BİLTEN. Rapor No: 2, Mayıs 1993.

3. N. Özay. N. Güven. A. Türeli, "İstanbul Elektrik İletim ve Dağıtım Sistemi Master Planı: İşletme Prensipleri ve Otomasyon". TUBİTAK BİLTEN, Rapor No: 8. Temmuz 1994.

Tunun

fil