ELEKTRİK ENERJİSİ İLETİMİNDE ALÜMİNYUM

İlhan GÜMÜŞ/Türkkablo A.O.

ÖZET:

Bu yazıda elektrik iletkeni olarak alüminyum metali nin özellikleri ile çıplak ve izoleli enerji kablolarının tatbikatında bilinmesi gerekli hususlar açıklanmaya çalışılmıştır.

Ülkemizde alüminyum çıplak iletkenler son yirmi yıl da büyük bir tatbikat alanı bulmuşken alüminyum dı şı enerji kablolarında halen çok geniş bir tüketim ala nı bulunmaktadır.

izoleli alüminyum enerji kabloları, hafiflik, kolay montaj, birim metal ağırlığı için mükemmel elektrik iletkenliği, düşük metal fiyatı, vb. özellikleri nedeni ile teknik ve ekonomik üstünlüklere sahiptir.

İzoleli alüminyum enerji kablolarının,alüminyum dışı enerji kablolarının yerine kullanılması tüketiciler için olumlu ekonomik sonuçlar doğuracak, genelde bu du rum ulusal ekonomimiz açısından önemli bir kaynak israfının durdurulmasını sağlayacaktır.

1. GİRİŞ

İzoleli enerji kablolarının sahip oldukları üstünlükler ve ulusal ekonomimizdeki yerinin ortaya konulmaya çalışılacağı bu yazımıza alüminyumun enerji alanında kullanımının kısa bir tarihçesi ile başlamak faydalı olacaktır.

1985: Fransa'da "Heroult" ve ABD'de ııHall" tara fından alüminyumun elektroliz yöntemi ile imal edilmesi için patent alınmasından 9 yıl sonra ABD ve Fransa'da örgülü alüminyum ilet kenler ile ilk havai iletim hatları kuruldu.

1910: İlk kez çelik özlü alüminyum iletken imalatı yapıldı.

1912: "Aguitania" gemisinde ilk kez alüminyum top layıcı çubuklar kullanıldı.

1917: Transformatör sargılarında alüminyum kulla nıldı.

ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ • 318/319

1930: Sincap kafesli motorlarda alüminyum rotor kullanıldı.

Dünyada alüminyumun enerji alanında kullanımı 1930'lu yıllardan itibaren giderek artış göstermiş şu anda alüminyum iletkenler ve izoleli enerji kabloları enerji iletiminde büyük bir üstünlük sağlamış bulun maktadır.

Ülkemizde ise bu alanda alüminyum kullanımına 1950 yılından itibaren başlanmıştır. Halen ülkemizde çıplak iletkenler ile yapılan yüksek ve alçak gerilim hatlarında tamamen alüminyum kullanıldığını söyle mek mümkündür. İletken imalatına ilk kullanımdan yaklaşık 15 yıl sonra 1965 yılında başlanmış, bunu takiben ilk izoleli yerüstü enerji kablosu 1968 yılında, ilk izoleli yeraltı enerji kablosu ise 1974 yılında ger çekleştirilmiştir.

2. ENERJİ İLETİMİNDE ALÜMİNYUM METALİNDEKİ GELİŞMENİN ÖNEMLİ NEDENLERİ

Yakın bir geçmişe kadar enerji iletiminde bakır, yük sek elektrik geçirgenliği ve mekanik özellikleri nedeni ile dünyada en çok kullanılan metal olmasına rağmen günümüzde bu metalin yerini alüminyum almış bulun maktadır. Çizim 1'de Batı Almanya'da 1966 1978 yılları arasında bakır ve alüminyum iletken miktarla rındaki değişmeler buna çarpıcı bir örnektir. 25 yıl gi bi kısa sayılabilecek bir dönemde meydana gelen bu değişikliği doğuran önemli nedenleri şöyle özetleye biliriz :

1. Bakır metalinin elde edildiği kaynaklar dünyada sı nırlıdır. Bilindiği gibi yerkabuğunun yaklaşık % 0,01'i bakır, buna karşılık % 8,0'i ise alüminyumdan oluş maktadır. Bakır rezervleri gittikçe azalmakta, bakır cevherleri fakirleşmekte bu nedenle ek zenginleştirme usullerinin uygulanması gerekmektedir.

2. Bakır stratejik bir madde olması nedeni ile politik krizlerden daha büyük ölçüde etkilenmektedir.

3. Son 25 yılda alüminyumun elektrik alanında tanın ması mümkün olmuş, pratikte karşılaşılan sorunlar halledilmiş olduğundan enerji iletiminde güvenilir bir hammadde olduğu anlaşılmıştır.

4. Bakır fiyatları Çizim 2'de görülebileceği gibi alü minyum fiyatlarına nazaran daha yukarıda seyretmiş, bu husus alüminyum yönelişi gerçekleştiren en önem li etkenlerden biri olmuştur.

5. Alüminyumun sahip olduğu fiziksel özellikler ve bunların uygun şekilde kullanımı ve imalat teknoloji

lerinde yapılan sürekli yenilikler kendisine enerji ileti minde büyük avantajlar sağlamıştır.

Alüminyum 250 iletken)

1705980c

401290c

yıllar

761978

Ç İ Z İ M 1 . 1 9 6 6 1 9 7 8 yılları arasında Batı Almanya'da alüminyum ve bakır üretiminin değişimi.

Ç İ Z İ M 2. Son 20 yılda alüminyum ve bakır fiyatlarında mey dana gelen değişiklikler.

3. ALÜMİNYUM METALİNİN SAHİP OLDUĞU ÖZELLİKLER VE BUNLARIN İLETKEN İMALİNE ETKİLERİ

Alüminyumun sahip olduğu önemli özellikleri ve bun ların iletken imaline etkilerini kısaca aşağıdaki şekilde maddeler halinde özetlemek mümkündür.

3.1. Alaşımlandırma

Pek çok metalin aksine, alüminyum kullanım sahala rında, alüminyum alaşımları söz konusudur. Enerji ile tim alanında da bu böyledir, örneğin içinde toplam % 2'den daha az uygun alaşım metali konulan saf alü minyum yine uygun ısıl işlemler sonucu 6101 T6 for muna getirildiğinde elektrik iletiminde iletken bara olarak kullanılabilir. Bu malzemenin iletkenlik değeri saf alüminyuma göre 61 IACS (International Annealed Copper Standart) değerinden sadece 57 IACS değeri ne düşerken akma mukavemeti 17,0 kg/mm2 artarak 25,0 kg/mm2'ye kadar çıkmaktadır.

Enerji iletiminde değişik amaçlarla kullanılan alümin yum ve alaşımlarının en önemlilerinden birkaçının kompozisyonları Çizelge Tde verilmiştir.

Çizelge 1. Elektrik alanında kullanılan alüminyum ve alaşımlarının kompozisyonu

I.C AL

Cu F Si : in Mg Zr. Cr

Ti n6tr(l,url>iri)

L.^ı T (toplam)

0,01 0,15 020

0,07

G/KIS

0,005 0,02 0,005

0,20 0,7ü 0,40 0.20 0,50 1,1

0,"

0,003

0.00J

0,05

0,15

0,10 0,50 0,50 0,90 0.03 0,b0 0,90 0,10 0,03 0,06

_

blOl o,so 0,30 0,70

0.03 0,35 0,80

0,10 0,03

Her ne kadar enerji iletiminde kullanılmamasına rağ men yaklaşık toplam % 10 kadar alaşım elemanı ihti va eden 7075 T6 alaşımının 51.0 kg/mm2 akma sınırı ve 58,0 kg/mm2'ye varan kopma mukavemeti olduğu nu hatırlamak bu metalin alaşımlandırma kabiliyetini göstermesi açısından ilginçtir. Tabii ki alaşımlandırma istenilen sonucun elde edilmesinde tek başına yeterli değildir. Isıl işlem ile sertleşme kabiliyeti olan malze melerde yaşlandırma işlemi, diğerlerinde ise soğuk deformasyonun gerekliliğini dikkate almak gerekir. Alüminyum iletkenlerde kullanılan tellerin imalinde mutlaka bir soğuk deformasyon ile gerekli olması ha linde ısıl işlem ile yaşlandırma uygulanmaktadır.

3.2. İletkenlik

Çizelge 2. Bazı saf metallerin izafi iletkenlikleri

Mecal

Güraıi..; Sar Bal i r Ticari Bakır Sat Alüminyum KC AL 1 EC AL 11 5005 H 19 6201 T 8ı 6101 T 65 TÎT.ımH MAGNEZYUM SODYUH

Eşdeğer hacim için iletkenlik (Z IACS)

101, i 100,0

64,9 61,0 62,0 53,5 52,5 56,5 56,0 39,7

37,0

Eşdeğer ağırlık için iletkenlik (Z LACS)

:'C'°C'de 'ogunluk '.Rr/cm3)

100,0

in QQ 8,89 .

8,89

214,0

?.70

4,54

1,74

0,97

Saf alamünyimun iletkenlik değeri 65 lACS'dir. An cak enerji iletiminde kullanılan bilinen EC alümin

yumlarda bu değer 61 62 IACS arasında değişmekte dir.

Alüminyumun diğer metallerle iletkenlik yönünden bir karşılaştırması Çizelge 2'de verilmiştir. Burada saf metaller için verilen değerlerin, ticari saflıktaki metal ler için verilen değerlerden 2 3 IACS değeri daha bü yük olduğu görülmektedir.

Alüminyumun iletkenliğine alaşım elemanlarının etki leri çok bilinmekle beraber kısaca şöyle özetlenebilir. Fe, Ni, Zn iletkenliğe etki eder ve düşürürler, Cu, Si, Mg, V'un etkileri daha fazladır. En kötü etkiyi ise Cr, Ti, Mn elementleri gösterirler. Alaşım elemanlarının yaptığı bu etkiyi Çizim 3'de görmek mümkündür.

CM

035

•H

S

Sb

————si ^ :^

Si

_Nİ

Cö Zn

Fe

^Si

u «~» Mg

0) rİ

••25 x

• — ^ . Ti

V •— •—~«

\s * y

s>

\

cS

Mn

0.2 0.6

1.0 1.4

Ağırlık %

ÇİZİM 3, Çeşitli elementlerin 99.99 saflıktaki alüminyum iletkenliğine etkisi.

3.3. Hafiflik

Alüminyumun hafifliğinin iletken olarak sağladığı avantaj Çizelge 2'de görülmektedir. Bakır esas olmak üzere eşit ağırlıktaki alüminyumun iletkenliği;

(8.89 % 2,7) x 64,9 = 214 IACS değerine ulaşmaktadır.

Bakır iletken ile mukayese edildiğinde alüminyum ilet kenler daha uzun açıklıklara sahip direkler arasına çe kilebilir, montaj masrafları bu nedenle alüminyum ilet kenlerde daha düşüktür.

Aynı enerji iletimi için bakıra göre daha büyük kesitte alüminyum iletken gerekliliği daha fazla yüzey daha kolay ısı emisyonu anlamına gelir ki bu da ayrı bir avantajdır.

3.4. Mukavemet

Değişik kullanım yerlerindeki amaçlara uygun olarak alüminyum iletkenler farklı mukavemetlerde imal edi lebilir.Tam alüminyum iletkenler (ACSR) ve alümin yum alaşımlı tel takviyeli iletkenler (ACAR) buna ör nek olarak verilebilir. Çizelge 3'de aynı iletkenlik için seçilebilecek farklı mukavemetteki iletkenler ve bun ların özellikleri verilmektedir.

Çizelge 3. Aynı iletkenlik için seçilebilecek iletken tipleri ve bunların özellikleri

Jl*.^ .

Kİ * 1 MC

J 5.JUU 1 :o\,; | .UAX

El H 11 14 VK1 H 19 19

~wTı

" • 1 •'••••' ı — H

3.5. Elastisite

0, 7!) : . ; .t

1.V.5

0,16* Ü.552

hO.Î

l.'O.S

O.loS O.5İ2 6.L:O

0.1?Û~

.İbd

Elektrik iletkenleri tek veya tekrarlanabilen bükme iş lemine ve titreşimlere dayanıklı olmalıdır. Alümin yum bu açıdan çok başarılıdır.

3.6. Korozyon Direnci

Hava ile temas halinde olan temiz bir alüminyum yü zeyinde teşekkül eden, denge şartlarına ulaşıldığında ilerlemesi duran alüminyum oksit filmi bilindiği gibi korozyona karşı son derece de dayanıklıdır. Alümin yum iletkenlerin normal atmosfer şartlarında fevkala de neticeler vermesinin nedeni alaşım elemanlarının elektrolitik reaksiyonları minimum indirecek şekilde seçilmiş olmasıdır, örneğin 5005 alaşımı tuzlu ve ru tubetli çevre şartlarına, 6101 ve 6201 ise deniz kıyı sındaki uygulamalara, EC alüminyum ise endüstri çev re şartlarına ve korozyon direncinin fazla istendiği uygulamalara uygundur.

3.7. İzolasyon (Kılıflama) Yeteneği

Alüminyumun plastik veya başka bir madde ile kap lanmasından önce kalaylama işlemine ihtiyaç yoktur. İzolasyon maddesinde bulunabilecek yağlarla alümin yumun reaksiyona girerek stearat ve sabun teşekkül ettirmesi söz konusu değildir. Bakırda olduğu gibi kü kürt ile birleşme eğilimi olmadığından kauçuk ve ben zeri bileşiklerle sakıncasız kullanılabilir.

4. ENERJİ İLETİMİNDE KULLANILAN ÇIPLAK İLETKENLER

Asıl inceleme konumuz olmamakla birlikte konunun bütünlüğünü koruyabilmek amacı ile imal edilen çıp lak iletkenlerin türleri ve özellikleri kısaca aşağıya çı karılmıştır.

a. Tam Alüminyum İletkenler (AAC) Özellikle alçak gerilim dağıtım şebekelerinde kullanı lır. TS 592'ye göre imal edilen ve çok kullanılan bir

kaç AAC iletkene ait mekanik ve elektrik özellikler Çizelge 4'de verilmiştir.

Çizelge 4. Bazı tam alüminyum iletkenlerin mekanik ve elektrik özellikleri

m İ z

• ÎIT tz

A(ıı 1 ıiı

lusü

21 U

l.tı I S.M i U

L1L*

"T

"rem A^Ttk i HLUK OKLIF DAİS* FEOMf •HJLIP Cfct NA

•,.,11

7,V

'

r."ı7

67 67,*S | 7

9 5 84,99

.•U7 107.3

'. t , ao u 67

. 3 5 US,2

7 4.96 14,87

MS

152 152,1 I V 3,19 15,96

171 170,6

19 3,30 lb,9Û

1ÜJ

. 0 1 201,3 1 9 3.67 !B.3e

2b

,1i İ1.3İ1

!

•r

\;;;

r.ü u jjbû

Uıo |o

»1

U19JÜ

22SÛ U 211 J 2O7O 0 149U JÜUÜ i . 161İJ

.6, Mı 4t>7

lıliOü ı,wsn I l,15"ıO

J473 0 1427

l i * I lxiJı>0

,10 1W

,.,1

»0 İÜ 60

JS 1

b. Çelik Özlü Alüminyum İletkenler (ACSR)

3 Al/4 St

30 Al/19 St

i Al/19

ÇİZİM 4. Çelik özlü çıplak iletkenlerde alüminyum ve çelik tel düzenlemelerine ait örnekler.

Bu iletkenler genellikle orta ve yüksek gerilim hatla rında kullanılır. Merkezinde çelik özle takviye edilmiş

olan bu iletkenler 10 500 mm2 bakıra eşdeğer kesit lerde olup TS 490'a göre imal edilmektedir. Bu ilet kenlere ait değişik yapı örnekleri Çizim 4'de ve çok kullanılan birkaç tipe ait mekanik ve elektrik özellik ler ise Çizelge 5'de verilmiştir.

Çizelge 5. Bazı çelik özlü alüminyum iletkenlerin me kanik ve elektrik özellikleri

s : ı ,.n . r,. W

**• * İH

1—J

Klı Î Ü

MM MUM

:ı/. » . 1 J.l 14,11

14/4 lt,4,

ll.U

J.ır 1.1.

'.'

1,M

»,)14..

ı.u

.1*

*.>4 •r* I.JM» » . I l'.l « 4

r.u ı,au t.«ti M.I

101..

>M 4K

MM*

H14 11,1. S.« H.lt

ı.*r

! > ıı.l

.4' t M l.H.

•J.l 4J,t I1J.1 J.14»

41»

•i

•Ur M . » ' . « • • ».11

t.m

).<• « . 1

. a 1.14 ı.rıa U.Mld u ı . ı M., ırı.j 1.I4M

ir»

•HU

M.'* »!,!• I , U W.44

»."

1.» « . '

1U.I1 t.oir D.1U1 144,1 M.4 114.1 l,)Nt

rwjw

U/14 •1,11 4.M M.M

iMmnaı

M»*» t*u» IM.1I •4,(1 r4.M

»41,4 ..II İM .M »

• .« i.»

4 . « IJ.I

.ı> . » .»> M.I

„ ll.J» 1.114 D.11H IJİ.J II'.* İ4J.» uı«u

.* ir.u t.«l 0.1M1 » . . I.'.» 4.J.. IltM

MO

. N 1 1 . JT I.H4 0.11*4 M * . . •*•,«

•İM* IMO

«UM

4US41 M U

41 .M M *.**

.4İ M,l U . B a.ıı t.M> a.Hlı 110,1

MI.* al*M MM

MMM

« I I 4M,U u.ı» M ,44 M >.M

.M u . t t.M ı».n J.tM •.»»w litl * ' . ' Mi.r rfMa U M

M»

« M M M) ,4 U . 4 HI,M i l I . M

> M ^ >^o *M U ^ M 0.MM » M

U B J İMMt İM»

« « , M** >l

M ».*

" » ^ W.l* »M » J M •^Mf

M M ^ U4M. tu»

c. Tam Alüminyum Alaşımlı iletkenler (AAAC)

iletkeni meydana getiren bütün alüminyum teller 6101 alaşımından yapılmıştır.

d. Alüminyum Alaşım özlü iletkenler (ACAR)

İletken özünde veya diğer tabakalarında mekanik da yanımını artırmak üzere alüminyum alaşımından imal edilen tellerle takviye edilmiştir.

5. ENERJİ İLETİMİNDE KULLANILAN İZOLELİ ENERJİ KABLOLARI

Bundan sonraki bölümlerde detaylı olarak incelenme ye çalışılacak olan bu kablolar öncelikle, a. Askı telli plastik yalıtkanlı alüminyum iletkenli h_ va hattı kabloları ; b. Alüminyum iletkenli yeraltı enerji kabloları, olmak üzere iki gruba ayrılmaktadır.

5.1. Askı Telli Plastik Yalıtkanlı Alüminyum İletkenli Hava Hattı Kabloları

Kısaca askı telli hava hattı kabloları olarak adlandırdı ğımız bu kablolarda faz iletkenleri, EC alüminyumdan imal edilir. Faz iletkeninin imalatında aşağıdaki ima lat safhaları vardır; 1. Alüminyum ergitme, temizleme, döküm ve haddele me safhalarını içeren kontinü döküm yöntemi ile 9,5 mm. çapında alüminyum çubuk üretimi,

2. 9.5 mm. çaplı alüminyum çubuktan soğuk defor masyon yöntemi ile 2 5 mm. çapları arasında tel çe kilmesi, 3. Her imalat için tesbit edilmiş olan uygun çaptaki tel gruplarının bükme makinalarına alınarak bükülmesi,

4. Bükme işlemini takiben iletkenin uygun kesit, yü zey düzgünlüğü ve yeknesaklığın temini amacı ile ek bir soğuk deformasyonla kompakt hale getirilmesi,

5. Uygun polietilen plastik malzemesi kullanılarak ya pılan izolasyon işlemi.

Aynı zamanda nötr'de olan askı telinin imalatı, genel de faz imalatına benzemekle beraber proseste kullanı lan hammaddenin AA 6063 alaşımından Fe, Zn ve Mn gibi elementler yönünden farklılık gösteren AA 6101 Aldrey alaşımı olması ve bunun üzerine izolas yon işlemi yapılmaması gibi önemli farklılıkları vardır.

izole edilmiş faz iletkenleri ile askı telinin askı teli ta şıyıcı olacak şekilde sarılması ile plastik izoleli askı telli kablo imalatı tamamlanmış olur. Ancak bundan sonra her kablo makarasına test havuzlarında gerilim testinin uygulanması bu ve uygulanan diğer test so nuçların olumlu olması gerekir.

Çizelge 6. ve Çizelge 7'de izoleli ve askı telli havai hat kablo tiplerine ait mekanik ve elektrik özellikleri ve rilmiştir.

Çizelge 6. Plastik izoleli askı telli alüminyum havai hat kablolarına ait mekanik özellikler

M&0 rın uıo ı* ı*ıo ı* lal* »

UH 50 ı.tt ıı

>>n ») lı» M i l » >B ).»« «S 1*14 11

1.1» IMI» 11

* l t 1.14 » 1.1) l.t* » Kİ) lı 14 M ).» m* rs >.)« >.ıı «

L.l.U !(.<»..>..

I.IB 1.10 lal» İt» un J.l» İnli tali ).» j.te iti»

)•» i.» ).M !.!•

Örtül "•ÜT"

»•

1. ,, 1.

lr,JU>

*|U1U «f

M0

4M

li

)J

IMO

İM)

1(0*

o

HM

I)

no

T'ıO

10»

w

IKO

ro

»M

• un.

0.0 ,1.0 *.I

İM w,»

.». İL. ı*.

M. 1*. 1*.

11.

>•. »•.

11. ».

•4>rlı> r 11 40 m 10 ro w Mâ M «) 40 10

4*0 »M (10 10*0

• İnin

000 000 OM 000 OM 000 OOB OM OM 000 000 MS MO 000 CM OM 000

Çizelge 7. Plastik izoleli askı telli havai hat kablolarına ait elektriksel özellikler

ı ır. :ı

]..» i ;.., I.JBÜ

. ı.,ı; [ «.M D.J.İ

U.OÖJ U,O«u

'••

^

[tju

, j . 1. a

ı

•'

'!—

önceleri çelik askı telli ve izoleli nötr ve faz iletkenle rinden oluşan sistemler kullanılmış daha sonra nötr ve askı teli fonksiyonlarını bir arada yapabilecek çıplak

Aldrey malzeme kullanılmıştır. Böylece geliştirilen izoleli hava hattı kablolarında;

a. % 15 20 ağırlık azalması, b. Kolay erişilebilir ve görülebilir askı teli, c. Faz iletkeninin bir üst kesitinde kopma gerilmesi nin, min Ş0 kg/mm2 olması nedeni ile mekanik daya nımı daha yüksek olan bir nötr, d. Monofaze hatlarda daha küçük gerilim düşümü e. Daha düşük maliyet, gibi yeni üstünlükler elde edilmiştir.

Çıplak iletkenlere oranla izoleli ve askı telli havai hat ların şu avantajları vardır:

a. İzoleli olması nedeni ile daha emniyetlidir, b. Dış tesirler nedeni ile çıplak iletkenlerde meydana gelen kamçılanma olayının doğurduğu enerji kesimle ri yoktur, c. Mevcut sistemlerin yeniden düzenlenmesinde este tik imkanlar sağlamaktadır, d. Yüksek gerilimli hatlar ve hatta telefon hatları ile birlikte kolayca kullanılabilmekte, dolayısıyla çok tatbikatta yeni direk dikimini gerektirmemektedir, e. Çıplak enerji kablosu kullanımının güç ve tehlikeli olduğu sıkışık yerleşme birimleri ile kırsal bölgelerde başarı ile kullanılmaktadır, f. Orman alanlarında ağaç kesimine ihtiyaç duyulma dan enerji taşımasına imkan vermektedir, g. Enerji çalınmasını büyük ölçüde önlemektedir, h. Tüm tesis masrafları dikkate alındığında enerji ile tim sistemi % 5 15 arasında daha ucuz olmaktadır.

5.2. Alüminyum iletkenli Yeraltı Enerji Kabloları

Yeraltı enerji kabloların imalatı, izolasyon öncesine kadar askı telli plastik izoleli kablosu imalatına benzer. Ancak burada 25 mm2 kesitten sonra örülmüş faz veya nötr iletkenlerin uygun daire dilimi formunda kompakt hale getirilmesi gereklidir. Faz iletkeni ve nötr tek tek siyah PVC plastik ile yalı tıldıktan sonra teşekkül eden damarlar birbiri üzerin de helisel olarak sarılır plastik bant veya dolgu kılıf maddesi ile bir araya getirilir, imalat tipine göre gere kiyorsa çelik zırh veya bakır teller ile ve bunun da üzeri plastik bant ve nihayet koruyucu siyah PVC ko ruyucu kılıf ile kaplanır. Alüminyum iletkenli yeraltı enerji kablolarının tipleri ve kullanıldığı yerler şöyledir: a. Y A W (NAYY) Enerji Kabloları

Sabit tesislerde kullanılır. Nötr iletkeni faz iletkenin bir küçük kesitinde olup alüminyumdur.

b. YAVMV (NAYCY) Konsantrik Nötr İletkenli Yeraltı Enerji Kabloları

Damarlar tek tek izole edildikten sonra örülmüş ve üzeri plastik bant ile sarılmıştır. Daha sonra ince bakır teller ile örülerek kaplanmış ve sonra nihai kılıflama yapılmış olduğundan kablonun herhangi bir nedenle zedelenmesi halinde nötr iletken arızalanan fazın bağ lı olduğu sigortayı kolayca attırır.

c. YAVŞV (NAYFY) Çelik Zırhlı Yeraltı Enerji Kabloları

İzole edilmiş ve bantla sarılmış faz ve nötr damarları nın üzeri çelik zırhla örülmüş ve sonra nihai kılıflanma yapılmış olduğundan kablonun ağır hizmet ve işletme şartlarında, hatta nehir ve denizaltı kablosu olarak cullamlması mümkündür.

Çizelge 8. YAVV alüminyum enerji kablolarına ait özellikler

uau> T I P I tılt lt 2 Sf /1 6

t u t k u ariadUkaaı ll«tka» a a l ı a M i İ (•I2)

0,t/UV 4x)6 Al O.b/lkV 3x25 U 16 Al

Y alıtkaı koruyucu kılıf

Pil

«ı <«)

1«» .f/2} f

0,6/lkV 3xS0 Al 25 Al

İKfO »ç/35 •« U,6/lkV 3x70 Al 35 Al

l«120 ıç/70 :; 0,6/lkv 1x120 Al 70 A l

JmlSO »ç/70 ;ç 0,6/UV JxlH> Al 70 Al

1.»

1 »! H * / « ı t O.t/LkV 3 *1 8 1 Al »5 * 1

İKİ40 af/120 *j Ö.4AkV

2,:

2,6

4t

Kailo

6lıO 900

1CNJ0 ] 2 >0 )7'K>

:ı.»

•00 : o.w>

Su al«k •}

000 MM SM 100

t iri

• u u t ?c et

R ot OT

Çizelge 9. YAVMV konsantrik nötür iletkenli alümin ,r'um enerji kablolarına ait özellikler

KAPLO T İ P İ

[ la çk a n «d a d i x k **l ı Y a l ı t f e a TaUckan

kılıf koruyucu

kalıolı

|ı M Uluüıgı

(m)

M)

3ftU/M

O.f/UV 1*16 A l 10 Cu

kitf/iA ı*2J K / U İ«3O a f /U

0.6/1M W İ S Al 10 Cu o,«/ikv Jn.35 Al 10 Cu 0,4/lk* JaSO Al 15 Cu

1,0

3*70 «/ M 3«W t/M

O,o/1M 3x70 Al 21 Cu 0.6/1M 3 i9 S Al 28 Cu

ı.t

İ Iİ 2 0 ıf/70 M» »5/70

0,4/İkV 3 k l 2 0 Al 41 C.ı 0 . ı'ltt 3 . 1 5 0 A l 4 1 Cu

!.•

1*240 aç/110 0 , İ /l H

Kablo (ka/kı)

650 900 850 1150 1*00 laso 2300 2700 3351

Standart Uiunluk (•)

1000 1000 1000

Ma*a.a

,

Bt r

a

at

MM

Çizelge 1 0 . Y AVSV çelik zırhlı alüminyum yeraltı enerji kablolarına ait özellikler

UMA Tl)'I

Talıtkn

Ealıtkaa koruyucu

LlatkM *a a d i *ı ı i ı kılıf at

l a l ı n t ı t ı kal mi ı<ı

(«0

4.1»

0,6/UV 4*16 A l

3>23 f/1 6

0,6/lkV 3K2S Al 16 Al

OM Ç*P (»)

2)

U» K / î *

0.6/lkV 3.50 Al 25 Al

1b

J*fS aç/SO ıc 0.C/UV 3x95 Al 50 Al

1x120 i f /7 0 ac 0,6/lkV 3*l?0 Al 70 Al

2.*

il

J.1S0 «t/70 i 0,6/lkV 3x150 Al 70 Al

ı.s

2.6

ki

3 . U I *{ /95 . ; 0,0/lkV 3x185 Al 95 Al

2,8

3«24O aç/1 1 0 ^ 0,6/UV 3i2tO Al 120 Al

3,0

SCaodart a|ır])jU u l ı m l u k Halura

ıosv

liSfı

İİOÜ ı:oo

1000 000

1( 5'1

1)00

rc

2.'50

Ç*

21 Ol

3 00

3' 50

»00

Çizelge 8, 9 ve 1O'da yukarıda sıralanan değişik enerji kablolarının fiziksel ve elektriksel değerleri verilmiş tir.

6. ALÜMİNYUM İLE ENERJİ İLETİMİNDE DİKKAT EDİLMESİ GEREKLİ HUSUSLAR

Alüminyum ile enerji iletiminde dikkat edilmesi ge rekli hususlar aşağıda özet olarak belirtilmiş olup, şöyledir:

6.1. Ek Yüzeylerinde Oksit Teşekkülü

Bilindiği gibi alüminyum hava ile temas ettiğinde üze rinde bir alüminyum oksit tabakası oluşur. Bu tabaka elektriksel yönden yalıtkan sayılabilecek özellikte olup, oldukça serttir. İki alüminyum yüzeyi temas et tirilerek enerji iletimine çalışıldığında, birbirine ilk dokunan parçalar yüzeylerdeki pürüzler ve çıkıntılar dır. Elektriksel temasın sağlanabilmesi için ilk değme noktasında basıncın oksit tabakasını delebilecek sevi yeye ulaşması gereklidir. Yeterli basınç sağlandığında oksit filmi çatlakları arasından metal yüzeyleri temas eder ve akım geçer. Bu açıklamadan iyi bir elektriksel temas için bağlantı yüzeylerindeki oksit tabakalarının herhangi bir şekilde kaldırılması ve yeni bir oksitlen meyi önleyebilmek için ise ayrıca tedbir alınması ge rektiği ortaya çıkmaktadır.

Yüzey temizliği genellikle ince bir tel fırça ile fırçala mak ve arkasından ince bir zımpara ile zımparalamak şeklinde yapılır. Daha sonra yüzeye tatbik edilmesi gereken ek macunları, içlerinde mevcut nötr vazelin veya özel gresler nedeni ile yeniden oksitlenmeyi ön lediği gibi yine aynı macun içinde bulunan çinko zer recikleri de elektriksel temasın kolaylaşmasına yardım ederler.

6.2. Genleşme

Alüminyum, çeliğin yaklaşık 2, bakırın ise 1 5 katı ısı genleşme katsayısına sahip olması nedeni ile sıcaklık değişmeleri sonunda farklı uzamalar ve bunun sonucu iletkende gerilmeler meydana gelebilir. İletkenin ve ek malzemelerinin bu gerilmelere dayanabilecek ölçüler de dizayn edilmiş olması gereklidir. Özellikle ek mal zemelerinin iletkenle aynı malzemeden yapılması bu nedenle önemlidir.

6.3. Akma Normal olarak malzemeler akma mukavemetlerinin al tında elastik özelliklere sahiptirler. Yani üzerlerindeki basınç kalktığında tekrar eski şekil ve ölçülerine gelir ler Buna rağmen zaman yeteri kadar uzunsa, uygula nan basınç akma mukavemetinin altında bile olsa kalı cı deformasyonlar meydana gelebilir Şu deformasyo nun miktarı, malzemenin özelliklerine, toplam basın

ca, sıcaklığa ve zamana bağlı olarak değişir.Bu defor masyonu malzemenin elastisite modülüne bağlı olarak meydana gelen deformasyona ek olarak dikkate al mak gerekir. Bir örnek vermek gerekirse EC H19 alü minyum telindç akma mukavemetinin % 70'i olan yaklaşık 10 kg/mm2'lik bir gerilme on yıllık bir süre sonunda yaklaşık olarak % 0,5'lik bir akma etkisi gös terir.

Akma etkisi malzemenin .imalat usulünün, iletken şeklinin ve yükün uygun seçimi ile azaltılabilir ve uy gun bir dizayn ile akmanın olumsuz etkisi rahatça or tadan kaldırılabilir. Özellikle ek yerlerinde konstrüksi yon, akma olayına neden olmayacak derecede küçük basınçlarda ek yapılmasını sağlayacak şekilde olmalı, iletken ek malzemesi tarafından çepçevre sarılmalı noktasal irtibatların önüne geçilmelidir. Bu nedenle bakır için projelendirilen ek malzemeleri alüminyum için kullanılmamalıdır Şuna karşılık alüminyum için projelendirilmiş ek malzemelerinin korozyon proble min gerektirdiği önlemler dikkate alınmak kaydı ile bakırda kullanılması mümkündür. ;

Yurdumuza harici tesisatlar, yüksek ve alçak gerilim şebekelerinde alüminyum için ek malzemeleri gelişti rilmiş olmasına rağmen dahili alüminyum tesisat için geliştirilmiş priz, anahtar, buateki vs.gibi tesisat mal zemelerinin olmaması bu sahada alüminyumun kulla nımını geciktirmektedir. Böyle bir tesisatta bakır için projelendirilmiş vida ucu tazzikli eklerin kullanılması, noktasal temas neticesi alüminyum iletken üzerinde meydana gelecek yüksek basınç nedeni ile alüminyum akmasına neden olabilecektir. Enerjinin kesilmesi ile soğuyan iletken yeniden enerji verildiğinde bu akma olayının meydana geldiği soğuk ek bölgesi kötü bir te masın başlangıç noktası olabilecektir.

Sonuç olarak alüminyum iletkenler için projelendiril miş ek malzemelerin kullanılması ve yeteri kadar ba sınç uygulayarak ek yapıhması halinde akma olayının yaratacağı sakıncaların tamamen önlenebildiğim söy leyebiliriz.

6.4.Pil Olayı

Alüminyumun elektrolitik bir ortamda bakır, nikel, kurşun ve demir gibi çok kullanılan metallere nazaran elektronegatif olduğundan bu metaller ile birlikte bu lunması pil olayına neden olur. Buna karşılık alümin yumun, çinko, kadminyum, kalay gibi metaller ile te mas etmesinde bir sakınca yoktur. Bu nedenle ACSR çelik özlü alüminyum iletkenlerde çeliklerin çinko kaplanmış olması gerekmektedir. Pil Olayı nedeni ile alüminyum iletkenlerin ek malzemelerinin mutlaka alüminyum veya alaşımlarından yapılması gerekmek tedir.

Bakır baralardan veya enerji hatlarından alüminyum geçişte özel ek malzemeler kullanılmalıdır. Bu konu da bir tarafı alüminyum diğer tarafı bakır bimetalik rondelalar ve özel kablo pabuçları örnek olarak veri lebilir. Bimetalik rondelalarda alüminyum ve bakırın müşterek görüldüğü kenarların boyanması uygundur.

Bakır elektrik haralarından veya enerji kablolarından enerji alınması halinde yukarıda belirtilen tedbirlerin yanında yağmur sularının akış yönününn alüminyum dan bakıra doğru olmasına özen gösterilmelidir.

7. ALÜMİNYUM İLETKENLERİN EKONOMİK YÖNDEN ÜSTÜNLÜKLERİ VE SONUÇ

Alüminyum iletkenlerin ekonomik yönden bakır ile mukayesesinde hareket noktası olan değerler her iki metalin sahip olduğu özgül ağırlık ve özdirenç değer leridir. Bilindiği gibi bu değerler sırası ile alüminyum için 2.7gr/cm3 ve0.02857ohm.mm2/m.bakır için ise 8.9gr/cm3 ve 0j01786ohm.mm2/m. dir.

Çizelge 11. Değişik mukayese şartlarında Alüminyum ve Bakır iletkenlere ait oranlar

Mı.k . > s. ' . a r ı l a r ı A. A.n. kesiti.' yuvar

B. Aynı a o p i , i l e C.Ayru J i r : n v

Mu ka ;,.•:, ikUr l . A S ırl ık

2 . D i r^'nij J . t l orkeı l i k .A» P » s i t e lÛaf?l.?Jtîî 1.A8 ırlık 2.U etket çapı J.K, ,it 1.A4 ıflık 2 . t i etken çapı J.Ke sit ^ .Ki .a at vre akımı

.'.anı O JO

160 6J 79 42

11? ]J7 49 12» 1 fau 100

Çizelge 11'de değişik mukayese şartlarında alümin yum ve bakır iletkenlere ait değerler verilmiştir. Çizel geden görüldüğü gibi aynı miktarda direnç veya geri lim düşümü için Al/Cu ağırlık oranı 0.49 olmaktadır. Başka bir ifade ile bu bakır iletkende, kullanılan meta lin yarısı ağırlığında alüminyum kullanmakla aynı ilet kenlik değerinin elde edilebileceği görülmektedir.

Bir iletkende, verilen bir denge sıcaklığı için çekilebi len maksimum akım miktarı olarak tarif edilebilen ampasite değeri yönünden yapılan karşılaştırma da ol dukça ilginç sonuçlar vermektedir. Çizelge 11 "den gö rüldüğü gibi aynı ampasite değerini elde edebilmek için bakırın % 42'si ağırlığında alüminyum yeterli ol maktadır.

Aynı direnç ve iletkenlik için kesit alanları oranının 1.60 olması bakır yerine kullanılacak alüminyum ilet ken kesifinin tesbit edilmesini sağlar. Bu nedenle, ilet kenlerde hesaplanan bakır kesitinin bir üst kademesi

olan alüminyum iletken, örneğin 16 mm2 Cu yerine, 25 m m 2 Al kesitli iletken seçimi uygun olmaktadır. Yeraltı enerji kablolarında ise 95 mm2 bakır kesitin den sonra iki üst derecedeki alüminyum enerji kablosu 1,6 oranında daha fazla kesite sahip olduğundan aynı iş için kullanılabilir.

Çizelge 12. Al/Cu Hammadde fiyatları oranına göre eşdeğer iletkenlerdeki Al/Cu değeri oranı.

A l / . •. I , , , t . ,ıa...

İl ,3

J ,'t l,u

,1

,i

,/ ,8 ,9

? ,0

i r i n Al/Cu J t ;,<j l> \ ı . , r j : u

......

_••••,:•..

.

.y ,(i

•*

,'•>

i\>

J 1 ,1 İJ , 7 JO,D 2b ,8

Alüminyum hammadde fiyatının bakır ile aynı olması halinde dahi aynı işlemi görecek iletken için kullanıla cak alüminyumun değeri bakır değerinin % 49'u ol maktadır. Alüminyum ve bakır fiyatları oranına göre eşdeğer iletkenlerdeki Al/Cu değeri oranı Çizelge 12' de verilmiştir.

Bilindiği gibi ülkemizde tüketilen bakır ve alüminyu mun büyükçe bir kısmı yurt dışından ithal edilmekte dir. Enerji kablolarında bakır yerine alüminyum kul lanmakla sağlanabilecek tasarruf miktarı ise hammad de fiyatlarına bağlı olarak değişiklik göstermektedir, örneğin Nisan 1984 de LME fiyatları yaklaşık olarak bakır için 1170 Sterlin/ton, alüminyum için 980 Ster lin/ton olduğundan, fiyat oranı 1.2'dir. Çizelge 12'de bu oran için aynı işi gören alüminyum iletkendeki alü minyum değeri, bakırın % 41'i ve sağlanabilecek ta sarruf % 59 olup, bu nedenle aynı tarihte enerji ileti minde her ton bakır yerine alüminyum kullanmakla sağlanabilecek döviz tasarrufu miktarı;

1170x0,59x1,38 = 952 US? değerine ulaşmaktadır.

Bu hesaplamaların dışında alüminyumun daha önce bahsedilen teknik üstünlüklerinden ortaya çıkan ek avantajları dikkate aldığımızda büyük bir zorunluluk olmadıkça, enerji iletim alanında bakır kullanılmama sı gerektiği, alüminyum kullanımı ile kuruluşlarımıza ve genelde ülkemize büyük tasarruflar sağlanacağı açıkça görülmektedir.