GÜNEŞ FIRTINALARININ ENERJİ SİSTEMİNE ETKİLERİ

GÜNEŞ FIRTINALARININ ENERJİ SİSTEMLERİNE ETKİSİ

Çeviri: Doğan ANAKÖK

Güneş rüzgarının yer manyetik alanı ile etkileşimi, çok karmaşık bu süreç sonucu elektrojetlerin oluşmasına neden olmaktadır. Bu konuda kapsamlı bir açıklama "Scientific American" dergisinin Mayıs 1989 sayısında çıkan bir makalede Akasofu tarafından yapılmıştır.

Güneşteki manyetik bozunmalar, toprakta yer manyetik atanınca endüklenen düşük frekanslı akımlara (YMA) yol açmaktadır. Peryodu 5 15 dakika arasında değişen bu akımlar yıldı* top raklı trafolar ve reaktörlerin nötründen iletim hatlarına gi rebilmekte, işletmede ve ekipmanlarda arızalara yol aça bilmektedir.

Elektrojetler, kutbun gün doğumu tarafında batı yönün de, gün batımı tarafında ise doğu yönünde akan toprak akımlarıdır. Elektrojetler yer yüzeyinde yer yüzeyi potan siyeli (YYP) adını alan bir elektrik alanı yaratırlar. YYP'nin genliği düşük iletkenli bölgelerde en yüksek olmak üzere, iletkenlikle ters orantılı olarak değişmekte dir.

13 Mart 1989'da çok ciddi bir yer manyetik bozunması ortaya çıktı: Bunun sonucu, çeşitli güç sistemlerinde arı zalar oluştu. Quebec bölgesindeki kesinti sonucu müş terilere enerji verilemedi, Pennsylvania'nın Volkanik kayalar bulunan bölgesi yakınlarında kapasitör bankları devre dışı oldu.

Yine Pennsylvania bölgesinde 500/138KV, 350 MVA'lık bir ototrafo tankının boyası ciddi olarak yanarken, New Jersey'de bir generatör yükseltici trafosu arızalandı. ABD ve Kanada'da çok çeşitli diğer olaylarda kapasitör ler devre dışı oldu, gerilim ve reaktif güç salınımterı or taya çıktı, arıza kaydediciler çalıştı ve alarmlar verdi. Anılan ülkelerdeki elektrik kurumları o tarihten sonra da benzer oluşumlara tanık oldular.

Y MA'nın Nedenleri

YMA, güneş rüzgarlarındaki değişimin yer manyetik alanı ile etkileşimi sonucu ortaya çıkmaktadır. Güneş rüzgarı sürekli mevcut olduğu halde, elektrik kurumlarındaki so runlar, rüzgarın güçlü olduğu "güneş fırtınaları" dönemle rinde ortaya çıkmaktadır.

Çok büyük güneş fırtınalarında, güney yönünde çok daha uzak mesafelere kadar etkili olan elektrojetler, ge nellikte kutba daha yakın kuzey enlemlerinde varlığını duyurmaktadırlar.

Bu, işletme bölgeleri daha çok kuzey enlemlerinde olan elektrik kurumlarının daha fazla riske sahip olduğunu göstermektedir, özellikle düşük elektriksel iletkenliğe sahip, volkanik kayaların bulunduğu yerlerde YMA'nın olumsuz sonuçları daha yüksektir.

(*) Power Technologies, İne Power Technology issue No. 62, July 1990 F.S. Prabhakara, G,Ö. Thomann

YUKARIDAKİ FOTOĞRAF Kuzey Kutbu'nun üzerindeki 'auroral oralı'nin görüntüsüdür. Sol taraftaki yarım ay biçimindeki aydınlık, dünyanın gündüzü yaşayan kısmını hoHrtmektedr. (Kaynak: Scientific American, Mayıs 1989)

193 375 ELEKTRİK

MÜHENDİSLİĞİ

Enerji Sistemlerinde YYP'nln Bazı Etkileri Yer yüzeyi potansiyelinin önemli ölçüde yüksek olduğu durumlarda, enerji iletim sistemlerinde bir bias oluşur. Bu bias iletim sistemlerinde akım akmasına yol açar. A kımların frekansının çok düşük olması nedeniyle, siste min ancak doğru akım (DA) direnci bu akıma engel oluş turur.

Etkili topraklanmış ve iletim hatlarına doğrudan bağlan mış güç trafoları YMA'dan tehlikeli biçimde etkilenirler. Trafo sargılarına giren YMA, trafonun doyuma (saturas yon) ulaşmasına neden olur.

Trafo 110 MVar Iık bir reaktif gücü üzerine almaktadır. YMA'dan kaynaklanan doyma (saturasyon) trafonun ha sarlanmasına, VAr alınması ise gerilim regülasyonu so runlarına yol açar. Doğrusallıktan iyice uzaklaşan trafo ikaz sisteminde oluşan harmonik akımları ise yakındaki şönt kapasitör banklarına doğru akar.

Kapasitor banklarına akan harmonik akımları, banklara ait koruma rölelerinin çalışmasına ve bankların beklen medik şekilde devre dışı kalmasına yol açar. Bu durum sistemde daha büyük gerilim (ayarı) regülasyonu sorun larına neden olacaktır. YMA'nın etkisi ile gelişen bu zin cirleme olumsuzluklar, sonuçta daha büyük arızaların, ve, tüm sistemin çökmesinin nedeni olabilecektir.

YMA'nın Saptanması vs ölçülmesi

YMA'nın saptanmasına ilişkin çeşitli yöntemler geliştiril miştir. Çeşitli kurumlarca şu anda kullanılan bu yönteme göre, trafo nötrlerinde DA akımı izlenmektedir. Diğer bir yöntem bir trafo merkezindeki VAr (Reaktif güç) denge sinin ölçülmesine dayanmaktadır.

.ee ıık.M «M.oo tu.oo i»o.o

• İlli

Şekil 1: Trafonun 500 KV tarafındaki ikaz akımı

Şekil 1 de 24 Kv'luk üçgen bağlı primer sargısı ve 500kv'luk yıldız topraklı sekonder sargısı olan 1250 MVA'lık bir generatör yükseltici trafosunun ikaz (uyarım) akımının benzeşim (simulasyon) sonuçları görülüyor.

Benzeşim sırasında yüksek gerilim sargısından 89A'lik YMA akımı aktı. Trafonunun 500Kv tarafındaki normal ikaz akımı yaklaşık 7 A rms.tir. YMA'nın mevcut olduğu durumda ikaz akımı BOOA'in üzerinde tepe değerlerine ulaşmaktadır.

Eğer net VAr tüketimi trafolar için normal olarak gerekli olandan çok daha fazla ise bu durum trafodan YMA «kı şının bir göstergesi kabul edilmektedir. Bu yöntem nötrden akan toprak akımları yerine doymayı (saturas yon) temel aldığı için ototrafolarda da kullanılabilir. Üçün cü yöntem ise trafoların işitsel izlenmesidir. (Audio moni toring). YMA tarafından doyuma ulaşan trafoların çok gü rültülü çalıştıkları bilinmektedir.

Y MA'nın Etkilerinin. ör)ltnm»s|

YMA'nın iletim sistemine girişini önleyen ya aa etkilerini zayıflatan çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Yöntemlerden biri YMA'nın trafonun sistem topraklama bağlantısından girişini bloke etmektir, (önlemektir.) ö n leme (Blokaj) işlemi kapasitör yada direnç lürü bir nötr empedansı yardımı ile yapılabilir.

Kapasitör DA YMA akışını hemen hemen tümüyle önleye cektir. Ancak kapasitif reaktans sistemin sıfır bileşen empedansından çıkarıldığı için faz toprak arızalarında arıza akımını büyültecektir.

"Nötrde direnç kullanılması,

YMA akışının sisteme girişini önlemede görece kolay bir yöntemdir. Direnç kullanımı ile YMA girişi tümüyle önlenmemekte ancak uygun bir ölçüde (büyüklükte)

seçilirse zararsız düzeylere indirilmektedir. t,

Ayrıca Faz Toprak arızalarında kapashörün terminallerin de oluşacak gerilim düşümü, yalıtım dayanma sınırının üzerinde bir büyüklükte olabileceği için kapasitörpn ko runması gerekecektir. Atlama aralığı (spark gap) gibi çok hızlı çalışan bir koruma sistemi bu amaçla kullanılabilir. Geleneksel parafudrların (Surge arresters) enerji emme yeteneğindeki sınırlamalar nedeniyle, çok sayıda kulla nılmaları gereği pratik zorluk yaratacaktır.

Atlama aralığının, etrafındaki gerilim çok düşük olduğu için, aşırı enerji emme sorunu yoktur.

194 375 ELEKTRİK MÜHENDtSUĞI

Nötrde direnç kullanılması, YMA akışının sisteme girişini önlemede görece kolay bir yöntemdir. Direnç kullanımı ile YMA girişi tümüyle önlenmemekte ancak uygun bir ölçü

de (büyüklükte) seçilirse zararsız düzeylere indirilmek tedir.

Direnç kullanımının arıza akımı üzerindeki etkisi de azdır. Sistem empedansı ile arasında 90° faz farkı bulunması nedeni ile sistem empedansını etkilememektedir.

Ancak konulacak direncinde faz toprak arızalarında ko runması gerekecektir. Arıza süresi boyunca nötrden akan akımın oluşturacağı enerjinin emilmesi sorunu bura da da mevcuttur. Bu yüzden direncinde kapashör ör neğinde olduğu gibi bir atlama aralığı ile korunması en uygun çözümdür.

Direnç kullanımında atlama aralığı daha yüksek bir değe re ayarlanmaktadır.

Y MA akımları seri kapasitörterle de bloke edilebilirler. İle tim hattının güç transferi özelliğini artırmak üzere, önce den öngörülmüş bir seri kapasitör mevcutsa, bu durum Y MA akışını da önleyecektir.

Tüm koruma Sistemi yukarıdaki yöntemlerin bir veya bir kaçını aynı anda içerebilir. Bazı durumlarda yalnızca bir güç trafosunun korunması gerekecektir, o zaman uygun bir nötr empedansının kullanılması yeterli olacaktır.

Başka bir durumda enerji sistemine ait geniş bir bölgenin korunması söz konusu olduğunda, daha tümleşik bir yaklaşımın izlenmesi gerekecektir.

Bunu gerçekleştirmek için jeolojik bilgiler ışığında elde e#llen bir toprak iletkenlik modeli, akımın büyüklüğü, yönü ve yoğunluğu konusundaki tahmini bilgilere daya nan bir elektrojet modellemesi İle komple bir etüd gereke cektir.

Daha sonra Y Y P dağılımını kestirmek için bir bilgisayar modeli kullanılabilir.

Y alnızca hat, trafo ve trafo merkezi topraklama dirençle rini kullanarak bir sistem empedans modeli geliştirilebilir. PSS/E veya benzeri yük akışı progcamı, sistem dirençleri ve yüzey gerilim dağılımı kullanılarak, "gerçek" DA yük akışı programı çalıştırılarak Y MA akımının sistemde akışı na ilişkin tahminde bulunulabilir.

Hesaplanan değer, güneş fırtınaları sırasında sistemde ölçülebilen gerçek değerlerle karşılaştırılarak, hesap ve ölçme değerleri arasında uygun bir korrelasyon elde edi lecek şekilde model değişikliklerine gidilebilir.

Ardından, koruma aygıtları modellere yerleştirilerek Y MA

düzeylerinde yeterli bir azalma elde edilene kadar ben

zeşim (simulasyon) çalışmaları tekrarlanır.

•

Murphy Yasaları

GROSSTJN ÖZLÜSÖZÜ: Gerçeklerin tümü aynı kefeye girmez. İyi ve Kötü gerçekler vardır. Bilim, iyi gerçeklerden yola çıkar.

ULZTJN BİLGİSAYAR PROGRAMLAMA TASALARI:

1 Verili bir program yürüyorsa, yürürlüğü kalmamıştır.

2 Verili bir program, her zaman daha çok paraya ve zamana patlar.

3 Program yararhysa, değiştirilmesi gerekecektir. 4 Verili program, belleğin tümünü dolduracak ölçüde şişecektir. 5 Program yararnzsa, arşive geçecektir. 6 Programın değeri, çıktısının şişkinliğiyle düz orantılıdır.

ir Programın kanmşıklığı gitgide artarak programcının sınırlarını aşacaktır.

8 Programcılara ingilizce program yazma hakkım tanıyın, programcıların ingilizce yazamadıklarını görürsünüz.

Clıarley in Gözlemi: Bilgisayar, Murphy icadıdır.

Lantau'nun P»«g«mı«ıl»lt ikilemleri:

1 Dünyanın en iyi programcısı içimizden biri olsa gerek.

2 İnsanlaşan bir bilgisayar, zamanla bilgi . saymaya daha az, insanca davranmaya daha çok zaman ayıracaktır. 3 Bir yazılım ekibi kendi ufkuyla sınırlıdır ve o • yazılım sınırını aşmaz. 4 Sistem programalan bir sistemin işlediğini belirtiyorlarsa, bir kere işlemiş ve bir gün bü kere daha işleyecek demektir.

Proje Takviminin "Doksanda Doksan" Kuralı: Çabaların ilk yüzde doksanı, zamanın yüzde onunu, son yüzde onsa kalan yüzde doksanı götürür.

Tasarlamacı'nın Kâbusu: Tıkır tıkır işleyen her cennetlik sistem, gircli'yi sağlayan ve çıktı'yi kullananlar için cehennemdir.

Horowitz Kuralı: Bilgisayar, yirmi kişinin yirmi yılda yapacağı hataları iki saniyede yapar.

GIBIn Bilgisayar Konusundaki İkircikleri:

1 Herhangi bir sistemin hata saptama ve

düzeltme yetileri, hangi hatalarla

başedemediğini gösterir.

2 Saptanamayan hatalar sayısızdır,

saptanabilenlerse sayılıp dökülmüştü!.

_

195 378 ELEKTRİK

MÛHENDİSÜÖI