ENERJİ HAT ÇALIŞMASINDA ELEKTRİK ALNLARININ ÖLÇÜMÜ VE VÜCUT AKIMLARI

ENERJİLİ HAT

ÇALIŞMASINDA ELEKTRİK ALANLARININ

ÖLÇÜMÜ VE VÜCUT AKIMLARI

derieyen:

haluk tosun güneş ertuğrul

UDK:

621.317.328:621.315.1:62 8.518

ÖZET

Enerji taşıyan iletim hatlarında, alışılagelen sıcak çubuk ve çıplak el yöntemleri ile çalışan, hat işçilerinin vücutlarında 60 Hz'lik elektrik alanlarının doğurduğu elektrik akımlarının ince lenmesinde kullanılan, çeşitli aygıtlar tanıtıl maktadır. Bu aygıtlar arasında 1) hat işçisinin vücudunun değişik bölümlerinde etkili olan elek trik alanlarının yeğinliklerini ölçmekte kullanı lan gradyenmetre, 2) toplam vücut akımının, bü tün vücut üzerindeki birim alanları üzerine dü şen elektrik alanının oluşturduğu aynı alan üze rindeki yükleme akımının toplamına eşit olduğunu göstermek için kullanılan "yirmiyüzlü", 3) bir elektrik alanına yerleştirilmiş izoleli geçirgen nesnenin içinden akacak elektrik akımının büyük lüğünü ölçmekte kullanılan dipol, yer almaktadır.

Bu aygıtların her biriyle yapılan tipik ölçümler eklenmiş, vücut akım ölçümlerinden bazıları çi zelge halinde verilmiştir.

SUMMARY

Several devices are described that have been used recently in studying electric currents induced by 60 Hz electric fields in the bodies of linemen working on energized power lines using both the conventional hot stick method and the barehand methad. These devices include: 1) the gradient meter, used to measure the intensity of electric fields impinging on different areas of the line man's body, 2) the icosahedron, used to demon strate that total body cufrent is the summation of unit area charging currents resulting from the electric field impinging on unit areas över the entire body, and 3) the dipole, used to mea sure the magnitude of electric currents floving in an isolated conducting body located in an electric field. Typical measurements obtained vıith each of these devices are included. Also several body current measurement resul ts are tabulated.

GÎRÎŞ

Elektrik enerjisi kullanımının gün geçtikçe art ması, daha fazla güç taşıyabilecek, daha yüksek gerilimli iletim hatlarına gereksinim doğurdu. İletimin sürekliliği bu yüksek gerilim hatla rının kesintisiz çalışması ile olanaklıdır. Bu nedenle hatlar enerjiTi ve güç iletir durum dayken bakımlarını yapmak gerekir.

Güç iletim hatlarının enerjili durumdayken ba kımı Amerika Birleşik Devletleri'nde uzun yıl lardan beri yapılmaktadır. Hat bakımında halen iki genel yöntem kullanılmaktadır. Bunlardan 'alışılagelen yöntem' olarak bilinende işçi yaklaşık olarak toprak gerilimindedir ve ener jili hat üzerinde uygun hat aletleriyle yada 'sıcak çubuk'larla çalışır. 1960'lardan bu ya na kullanılmakta olan yeni yöntem 'çıplak el' yöntemi olarak bilinir; bunda işçi hat ile ay nı gerilimdedir ve bağlı olduğu enerjili ilet ken üzerinde çalışırken çıplak elle sıradan ba kım aletlerini kullanabilir.

Enerji taşıyan hatların yakınında, her ilet keni çevreleyen bir elektrik alanı oluşur. Hat işçisi alışılagelen yöntem yada çıplak el yöntemiyle hatta çalışırken bu elektrik ala nının içerisindedir. Bunun sonucunda elek trik alanının yeğinliğine bağlı olarak, vücu dun çeşitli bölgelerinde değişik büyüklükler de akımlar oluşur. Bu yazıda, elektrik alanı içinde çalışan hat işçilerinin üzerinde yapı lan kapsamlı bir incelemenin bir bölümü yer almaktadır. İncelemenin diğer yönleri ilgili makalelerde [l, 2, 3, 4] bulunabilir.

İşçinin ve çalışma aletlerinin alan içinde bulunuşu alanın dağılımını geniş ölçüde de ğiştirir. Bu nedenle, herhangi bir çalışma konumunda elektrik alan yeğinliğinin hesap lanması pratik olarak geçerli bir çözüm de ğildir. Üstelik çıplak el yöntemiyle enerjili hat üzerinde çalışan işçiyi hatların çevre sindeki kuvvetli elektrik alanının etki lerinden korumak için iletken ekranlar kulla nılır. Ekranın varlığı hesaplamaları daha da güçleştirir ve işçinin vücudunun çeşitli yerlerini etkileyen alan yeğinliğini hesapla yarak bulmak olanaksızlaşır. Bu nedenle vü cut akımlarının bulunmasında, elektrik alanı nın yeğinliğini ölçmek için basit bazı yöntem ler kullanmak gereklidir.

Bu araştırma için bir alan yeğinliği ölçüm aleti yada gradyen metre yapıldı. Gradyen metre ile ilk incelemeler gerçekleştirildikten sonra, elektrik alanının içindeki katı, iletken bir cisimden geçen toplam akımı bulmak için ikinci bir alet, 'yirmi yüzlü', geliştirildi. Son olarak, elektrik alanı içine konulan bir iletkenin içerisinde oluşan akımları incelemek amacıyla 'dipol' tasarımlandı. Bu yazının amacı bu üç aleti ayrıntılı olarak ta ııtmak, elektrik alan ölçümlerinde nasıl kulla nıldıklarını göstermek ve vücut akımları üzerine yapılan gözlemlerin sonuçlarını sıralamaktır. Bu ıletlerle elde edilen bazı sonuçların kritik bir çözümlemesi ilgili bir başka yazıda ele alınmak ladır [l] .

GRADYEN METRE

Ana îlke:

Gradyen metrenin ana ilkesi Şekil l'de açıklanmak t a d ı r . Probun merkez elektrodu üzerinde sonlanan 60 Hz'lik elektriksel akı, ortak eksenli kablonun iç iletkeni boyunca akan bir yükleme akımına ( I ı ) dönüşür ve almaşık akım mikroampermetresine g e l i r . Akım buradan aletin ekranına ve a l e t i tutan i ş ç i nin ellerine geçer. Merkez elektrodunu çevreleyen koruyucu elektrodun ve a l e t i n koruyucu elektroda bağlı açıktaki diğer metal kısımlarının üzerine düşen tüm elektriksel akı da I2 yükleme akımı ola rak işçinin ellerine kadar gelir, ancak bu akım mikroampermetreden geçmez. Buna göre, mikroamper metreden geçen Iı yükleme akımı, probun merkez elektrodu üzerine etkiyen elektrik alan yeğinliği nin doğrudan bir ölçüsüdür.

Merkez elektrodunun boyutları uygun biçimde seçi lerek, 1 kV/inch'lik alan yeğinliğine karşı amper metreden 1 pA'lik akım geçmesi sağlanabilir. Böyle bir aletle alan yeğinliğini doğrudan kV/inch cinsinden okumak olanaklıdır (alet mikroamper gös terecek biçimde ayarlandığında).

Modelleme:

Merkez elektrodunun çapı, onu, elektrodları ara sındaki uzaklık 1 inch olan bir 'paralel levha sığaç'ının bir parçası gibi düşünerek hesaplanır. Bu hesaplama da saçak akısının gözönüne alınması gerekmemektedir, çünkü koruyucu elektrodun kulla nımı i l e merkez elektrodundaki akı saçaklanması hemen hemen tümüyle önlenmiştir.

60 Hz'de 1 kV'luk gerilim için 1 pA'lik yükleme akımı 109 Ohm'luk b i r sığasal reaktansa karşılık gelir. Bu reaktans değeri için sığa

C=

= 2,652 x 10"zfarad'dır.

Paralel levhalı sığaç için sığayı veren bağıntı

C = °'2f4A pF dır.

(2)

(bu bağıntıdaki boyutlar inch cinsindendir)

(2) nolu bağıntıdan:

A= C d

(3)

0,2244 bulunur.

C = 2,652 pF ve d = 1 inch için:

. _ 2,652x1 _

.2

A"

6,2244

" 'U 8 2 l n c h

(4)

elde edilir. Çembersel bir elektrod için çap;

D=2

=2

= 3,88 inch'dir. (5)

Şematik olarak Şekil I1de ve resim olarak da Şe kil 2'de görülen gradyen metrenin kalınlığı çok az olup, kolu probun kenarından dışarı çıkar. Probun bu fiziksel yapısı, doğrudan aletin arka sını hat işçisinin vücudunun alan yeğinliğinin öl çüleceği çeşitli bölgelerine dayayarak, ölçümün yapılmasını sağlar.

Ayarlama:

Gradyen metrenin duyarlığını saptamak için, Şe kil 3'de şematik olarak gösterilen ayarlama yapı lır. 24 inch çapında bir YG elektrodu probun mer kez elektrodunun 1,2 yada 4 inch üzerine yerleş tirilir. Probun koruyucu elektrodunun çapı, mer kez elektrodu üzerinde (ayarlama sırasında ve özellikle de elektrodlar arasındaki uzaklığın bü

MERKIZ . et«KTRODU

a n n &juuwt

OKTMC KKMNLt KABLO

Şekil 1. Gradyen metrenin ilkesi.

1) Merkez elektrodu üzerinde sonlanan elektriksel akı mikroampermetreden I\ yükleme akımı olarak geçer.

2) Koruyucu elektrot ve kol üzerinde sonlanan elektriksel akı mikroamper metreden geçmeyen bir 12 yükleme akımı meydana getirir.

3) Toplam yükleme akımı I, gradyen metreyi tutan hat işçisinin ellerine akar.

Kmıyuuj üzmen —I I \\rma\ |

KORUY UCU «L BK 1 HOO ' /

M İ M n »LEKT«ODU —' ^ J î 5 ^ * r

Şekil 3. Gradyen metrenin ayarlanması için düzenek.

değerleri okunur ve kaydedilir. Bu testlerin so nuçları Şekil 4'de çizilmiştir. Elektrodlar arası uzaklığın her değeri için elektrik gradyeni test gerilimini d uzaklığına bölerek bulunur. Bu hesap lama, birbirine koşut plakalı bir sığaçın saçak larıma etkilerinin olmayacağı orta bölümlerinde elektrik alan dağılımı düzgün olduğu için geçerli dir.

Şekil 4'de gösterildiği gibi, mikroamper cinsin den akım değeri, kV/inch cinsinden ilgili gradyen değeriyle sayısal olarak uyuşur ve gerilimle olan değişim de doğrusaldır. Ayrıca aletin gösterdiği gradyen değeri ile plakalar arasındaki açıklığın çeşitli değerleri için hesaplanan gradyen değer leride çakışmaktadır. Bu sonuçlar, gradyen metre nin, merkez elektrodu üzerindeki elektrik alanının yeğinliğini doğru ölçebildiğini göstermektedir.

Uygulama:

Gradyen metre, ç e ş i t l i gerilim hatlarında, hem alışılagelen sıcak çubuk, hem de daha yeni çıp lak el yöntemleriyle çalışan ve elektrik alanı içerisinde ç e ş i t l i çalışma konumlarında yer alan işçilerin vücut akımlarının incelenmesinde kulla nılmıştır. Çeşitli durumlar için elde edilen alan yeğinliği değerlerinin birbiriyle karşılaştırıla bilir nitelikte olması ve yapılan testlerin böy

Şekil 2. Hat işçisinin vücudu üzerindeki elektrik alan yeğinliğini ölçen gradyen metre.

yük değerleri için) düzgün bir elektrik alan elde edilmek üzere genişletilir. Elektrodlar arası uzaklığın her değeri için, test gerilimi (V) ve buna karşılık gelen akımın (Iı)

Şekil 4. Gradyen metrenin Şekil 3'deki yöntemle ayarlanması.

lelikle birbiçimliliğinin sağlanması için gradyen ölçmeleri vücut üzerinde seçilen birbirinden fark lı 11 bölgede yapılır. Her gradyen ölçümünde işçi, probun arkasını vücuduna dayamakta ve probun bu konumu için aletin gösterdiği değer okunmaktadır.

Gradyen metrenin uygulanmasına bir örnek olarak, Çizelge l'de bazı gradyen ölçüm sonuçları veril mektedir. Bu ölçmeler çelik bir kulenin ortadaki çapraz kolu üzerine dayalı tahta bir merdivenin en alt basamağında duran bir işçi tarafından ya pılmıştır. İşçinin sağında ve kendisinden yakla şık 10 feet uzaklıkta 345 kV'luk (fazdan faza) bir enerji hattı vardır.

Bu testin ve daha birçok başka testlerin sonuçla rı Kouvenhoven tarafından yayımlanmıştıi [2]. Kouvenhoven makalesinde test sonuçlarını akım yo ğunluğu (yA/inch2) değerleri olarak vermektedir. Bu değerler, Çizelge l'de gösterilen gradyen de ğerlerini, gradyen metre probunun merkez elektro dunun inch2 cinsinden alanı olan 11,82 ye bölerek elde edilmiştir.

Probun Yeri

Başın tepesi

Göğsün önü Solu Arkası Sağı

Gradyen, kV/inch olarak

İşçi Kuleden İşçi Kuleye Yalıtılmışken Bağlıyken

3,0

5.0

Şekil 5. Düşük alan yeğinliği ölçen gradyen metre.

Dizin

önü

2,5

Solu

Arkası

3.2

Sağı

5,0

Ayakların tabanı

0,5

Kasık

. vt vnnvTiıv

|

i

0 İp

:LıK (ıHCH)

çizelge 1.

üat i ş ç i s i n i n vücudu üzerindeki gradyen ölçümle ^ ri. ölçmeyi yapan k i ş i ç e l i k bir kulenin ortadaki ;apraz kolunun üzerine dayalı tahta bir merdive ıin en a l t basamağında durmaktadır ve sağında, yaklaşık 10 feet uzaklıkta 345 kV'luk bir enerji lattı vardır.

!şçi kuleye bağlı durumdayken, toplam vücut akımı, !ağ kol vücuda yapışmışken = 253 yA !ağ kol hatta doğru uzatılmışken = 395 uA'dir.

DÜŞÜK ALAN YEĞİNLİKLERİ İÇİN 3RADYEN METRE

Bir YG hattının altında, yerden birkaç feet yük seklikte yada bir i n d i r i c i merkezde görülen düşük r e ğ i n l i k l i elektrik alanlarını ölçmek i ç i n , merkez îlektrodunun alanı her zaman kullanılan probunki lin on katı olan bir gradyen metre y a p ı l d ı . Bu netrede 100/inch'lik bir elektrik alanı 1 uA'lik

Şekil 6. 345 kV'luk indirici merkez barası altında gradyen profili.

bir akıma yol açar. Her zaman kullanılan gradyen metre i l e aynı çalışma ilkesine sahip olan bu alet Şekil 5'de gösterilmiştir. Düşük alan yeğin liklerinin ölçümünde kullanılan gradyen metreyle yapılan bir ölçmenin sonuçları Şekil 6'da veril mektedir. Bu şekildeki eğriler 345 kV'luk bir indi rici merkezde, 3 fazlı baranın altındaki gradyen profilini göstermektedir (bara iletkenlerinin yük sekliği ve yerleşimide Şekilde görülmektedir). Yerden 6 feet yükseklikteki gradyen profili prob üç ayaklı bir sehpanın üzerine konularak, toprak düzeyindeki profilde probu arkası üstü yere yatı rarak çıkartıldı. Değerlerin her okunuşunda ölç meyi yapan k i ş i , gradyen ölçüm değerini etkileme

LBKTRİK MÜHENDİSLİĞİ 249

çünkü her plakanın yüzey alanı 1 birim alan se ç i l m i ş t i r . 20 anahtarın hepsi de YUKARI konumun dayken alet duruk elektrik akı yoğunluğunun tüm etkime alanı boyunca tümlevini a l ı r (alet bu du rumda ayrı ayrı yükleme akımlarının toplamını oku maktadır) .

Yirmiyüzlünün plakalarını ayırdedebilmek için her plakaya l'den 20'ye kadar numara verilmiştir; bun lardan 1 numara en tepedeki, 20 numara da taban daki plakayı gösterir (Şekil 9).

345 kV'luk bir hattın çevresinde, bir hava asansö rünün kovasına konulan yirmiyüzlü i l e birçok test yap lmıştır (Şekil 10). Bütün testlerde 2 nolu

Şekil 7. Miller'in yirmiyüzlüsü.

mek için probdan yeterince uzak durmaya dikkat ediyordu.

YÎRMÎYÜZLÜ (THE ÎCOSAHEDRON)

Bir hat işçisinin vücudundan geçen toplam akımın, duruk elektrik akı yoğunluğunun işçinin alan et kisine uğrayan yüzeyi üzerindeki tümlevine eşit olduğunu göstermek için, tümlev alıcı bir alet geliştirildi. Bu alet, herbiri diğerinden yalı tılmış 20 tane eşkenar üçgen biçiminde plakadan oluşan bir 'yirmiyüzlü'dür. Her üçgen plakının alanı, gradyen metrenin merkez elektrodunun ala nına eşit seçilmiştir. Bu düzenekte her plakadan geçen yükleme akımı (yA cinsinden), bu plakalar üzerinde sonlanan ortalama duruk elektrik akı yo ğunluğuna (kV/inch cinsinden) eşittir. Şekil 7'de yirmiyüzlünün fotoğrafı görülmektedir. Şekil 8'de de aletin fiziksel yapısının bazı ana ayrıntıları verilmiştir.

20 plakanın herbiri kendi kablosu ile o plakaya ilişkin DPDT anahtarının merkez noktasına bağlan nıştır (Şekil 8 ) . Bu anahtar YUKARI konumundayken plakadan geçen akım mikroampermetreden geçer, anahtar AŞAĞI konumunda ise plakadan geçen akım metreye uğramaz, tki durumda da her plaka metal tabana bağlanmış durumdadır. Benzer şekilde, ba kır metre anahtar kutusuda, 20 bağlantı kablosunu ekranlayan bakır örgü yoluyla metal tabana bağla nır. Bu düzenek ile her plaka kendisine komşu diğer üç plakayla korunur ve böylece hiçbir pla ka da saçak akı oluşmaz. Bütün ara bağlantı kab loları tümüyle ekranlandığından, her kablodaki akım, yalnızca her üçgen plakanın gerçek etkilen me yüzeyi üzerinde sonlanan duruk elektrik akıdan meydana gelir.

Yirmiyüzlü elektrik alanı içindeyken, her ayrı plakadan geçen yükleme akımının değeri, yirmiyüz lünün akım yoğunluğu olarak kabul edilebilir,

Şekil 8. Toplam vücut akımı incelemesinde kullanılan yirmiyüzlünün ayrıntıları, (a) fiziksel düzenek, (b) şematik devre çizimi. 1) 20 yalıtılmış bakır plakalı yirmi yüzlü. Her plaka kenar uzunluğu 5i in eh olan eşkenar üçgendir 2) İçinde mikroampermetre ve anahtarlar olan bakır kutu 3) 54 inch uzunluğunda, bakır örtüyle kaplı, 20 telli kablo 4) Yirmiyüzlünün tek tek plakaları 5) Metal taban 6> Anahtar YUKARI konumundayken plaka akımı metreden geçer, anahtar AŞAĞI konumundayken akım metreden geçmez Şekil 9. Yirmiyüzıunün plakalarının numarai anması.

Şekil 10. Yirmiyüzlü ile akım yoğunluğunun tümlevinin alınması.

plaka enerjili iletkene bakar durumdadır. İşletme ci, ampennetre anahtar kutusuyla birlikte diğer kovaya yerleşmiştir. Aletin metal tabanı kovanın ekranına bağlıdır. Bu düzenek ile, yirmiyüzlünün her plakasından geçen akım ayrı ayrı ölçülmüş ve bu ölçmelerin sonuçları çubuk eğriler biçiminde kaydedilmiştir (Şekil 11). Kovanın üç farklı konu mu ve ekranlama derecesi için sonuçlarda bu şekil de verilmektedir.

alandan geçen akım, bu alan üzerindeki elektrik alan yeğinliğine bağlıdır. Vücuda giren toplam akım vücut yüzeyi üzerinde sonlanan akı çizgile rinin toplanmasıyla oluşur.

DÎPOL

Bir hat işçisi, hem topraktan hem de enerjili iletkenden yalıtılmış olarak, elektrik alanı için de çalışırken, vücudundan geçen akımların ölçül mesi olanaksızdır, çünkü mıkroampermetrenin bağ lanacağı bir başvuru potansiyeli yoktur. Ancak, bir gradyen metre kullanarak işçinin vücudunun bü tün bölgelerinde alan yeğinlik ölçümü yapılabi lir; böylece vücuttan geçen elektrik akımıda öl çülmüş olur.

Hat işçisinin bir yanı genellikle enerjili ilet kene, diğer yanıda toprağa yada farklı potansi yeldeki bir başka iletkene dönük olduğundan, yük leme akımı vücudun bir yanından girecek, vücut boyunca akarak öbür yandan dışarı çıkacaktır.

Bu kuramı doğrulamak ve bu durumun matematiksel çözümlemesinde yararlı olacak verileri toplamak için, şematik olarak Şekil 12'de, fotoğraf olarak ta Şekil 13'de görülen 'dipol' geliştirildi.

Dipolün iki tane benzer elektrodu vardır; bunlar 6 inch uzunluğunda 12 inch çapında ve bir ucunda 12 inch çapla bakır yarıküresi olan bakır siliö

50 CKHUN » 40

TEST DÜZENE Ol B

34,5 kV luK İLCTKCN

VT o

KOV/1 I | mKRIHd— I I

TesT D Ü Z £I «C! c 40

30 TOf LBM »KİM \

10 TİKİM PLflKA. BKI1»ILIWI

0 4 8 12 16 20

PLAKA NUMARRSı

PLAKA NUMARASI

Şekil 11. Çeşitli test düzenekleri için yizmiyüzlünûn tek tek plaka akımlarının toplanması.

Daha sonra her anahtar sırasıyla YUKARI konumuna getirilerek, yükleme akımlarının birer birer bir birine eklenmesi gözlenmiştir. Bu durumda yirmi yüzlüye giren toplam yükleme akımı mikroampermet reden okunur. Bu testlerin sonuçları Şekil ll'de 'toplam akım1 eğrileri adıyla gösterilmiştir. Her durumda metrede okunan toplam akım, aletin duyar lık sınırları içinde, ayrı ayrı plaka akımlarının toplamına eşit bulunmuştur.

Hat işçisi, kendisini kova ekranına elektriksel olarak bağlayan iletken tabanlı ayakkabılar giy miş olarak kova içinde durduğunda, vücudu üzerin de sonlanan tüm duruk elektrik akı vücut boyunca akan bir yükleme akımı meydana getirir. Birim

ALT ELEKTROO Şekil 12. Dipolün şematik yapısı.

Şekil 13. Dipol.

Şekil 15. İletken giysi kullanarak ekranlanmış „ bir işçinin Coldwater da yapılan vücut akımı ölçmeleri.

dir biçimindedir. Elektrodlar birbirinden 1/4 inch açıklıkla yerleştirilir. Tümüyle dipolün içinde kalan uygun bir mikroampermetre iki elektrodu elektriksel olarak birbirine bağlar. Küçük bir pencere ile mikroampermetrenin dipolün dışından görülmesi sağlanır. Dipolün bir hava asansörünün kovasından uygun uzaklıkta ve boşlukta yalıtılmış olarak tutulabilmesini sağlamak için, takılıp çı kartılabilen, uzun, yalıtkan bir kol kullanılır. Ayrıca üstteki elektroda tutturulan bir çengel ile dipol enerjili iletkenden yada başka bir des tekten uygun bir ip yardımıyla sarkıtılabilir.

Dipol, yalıtkan kolun ekseni etrafında döndürüle rek farklı doğrultulara yöneltilebilir. Metre en büyük değeri dipolün boyuna ekseni elektrik ala nına koşut olduğunda okur, eksen alana dik durum da ise metre hemen hemen sıfır değerini gösterir. Bu konumda iki elektrod da alanın eşit ölçüde et kisinde kaldığından, aralarından bir akım geçmez.

Örnek olarak, yerden 26 feet yükseklikteki 345 kV'luk baranın en dış fazının altında, bir propelin ip ile farklı uzaklıklara sarkıtılan di polün ölçtüğü değerler Çizelge 2'de verilmiştir. Bu çizelgedeki sonuçlar, elektrik alanı içinde, çevresinden yalıtılmış durumda bulunan iletken bir cismin içerisinden akım geçeceğini kesinlikle göstermektedir. Bu akımın büyüklüğü cismin elek trik alanı içerisindeki konumuna bağlıdır.

Yerden 26 feet yükseklikteki 345 kV'luk bara ilet keninin dış fazının altına sarkıtılan dipolün ölç tüğü değerler.

Şekil 14. Hat işçisi çelik kule üzerinde iken vücut akımını ölçme yöntemi.

1) Hat işçisinin vücudu mikroampermet reyle çelik kulede topraklanmıştır

2) Hat işçisinin vücudu üzerinde sonla nan elektriksel akı I yükleme akı mını meydana getirir.

Dipolün üst ucundan iletkene olan uzaklık (inch)

33 57 72 81 105 129 153 177 225 273

Dipol Akımı ("A)

60 36 27 24 18 14 11 10

Dipolün tepesindeki gradyen (kV/inch)

6,5 3,8

2,3 1,5 1.1 0,8

0,28

Çizelge 2.

Vücut akımları ölçümlerinin incelenmesine geçme den önce şimdiye değin ayrıntılı biçimde anlatıl mış olan üç aletin işlevi ve çalışma ilkesini özet olarak yinelemek yararlıdır.

1) Gradyen metre, alışılagelen sıcak çubuk yada çıplak el yöntemleriyle enerjili hat çalışması yapan hat işçisinin vücudunun çeşitli bölgelerin deki 60 Hz'lik elektrik alanını ölçmede kullanı lan uygun ve duyarlığı yüksek bir alettir.

2) Yirmiyüzlü, elektrik alanı içinde çalışan hat işçisinin vücudundaki toplam akımın, her birim alan üzerindeki elektrik alanının neden olduğu tek tek akımların toplamına eşit olduğunu göste ren bir alettir.

3) Dipol, bir enerji hattının elektrik alanı için de, çevresinden yalıtılmış olarak duran iletken bir cisim içerisinden akım geçeceğini ve bu akı mın büyüklüğünün içeririnde yer alınan özgün ala nın yeğinliğine bağlı olduğunu gösteren bir alet tir.

VÜCUT AKIMI ÖLÇÜMLERİ

Bir hat işçisi elektrik alanının etkisi altınday ken, vücudunun her 11,82 inch2llik yüzeyinden, 1 kV/inch'lik bir alan yeğinliği için 1 pA'lik bir yükleme akımı geçer (11,82 sayısı gradyen metrenin katsayısıdır). Bu, 1 kV/inch'lik alanın birim gradyen değeri için 0,0846 yA/inch2llik bir akım yoğunluğu demektir.

Hat işçisinin vücudunun elektrik alanının etkisin de kalan kısımlarında her inch2llik alandan geçen akım ölçülebilirse, toplam vücut akımı bu tek tek İJlçümlerin verdiği değerleri toplayarak bulunabi Lir. Ancak toplam akımın bu yolla bulunması hem sordur hem de sıkıcı bir uğraş gerektirir.

îat işçisinin toplam vücut akımı, uygun bir am jermetre, başvuru potansiyelinin tanımlandığı nok :a ile vücut arasında bağlanarak kolaylıkla ölçü ebilir. Bunun için yerine getirilmesi gereken .ki koşul vardır.

) Hat işçisinin vücudu başvuru potansiyelinin anımlandığı noktadan elektriksel olarak yalıtıl lalıdır. Aradaki tek bağlantı mikroampermetre ile apılmalıdır.

) Ampermetreyi işçinin vücuduna ve başvuru nok asına bağlayan kablolar, herhangi bir yerden yük eme akımı kapmayacak biçimde ekranlanmalıdır; ksi durumda bu yükleme akımı vücut akımı ölçme erinin doğruluğunu olumsuz yönde etkiler.

2İik kulenin çapraz koluna dayalı bir merdiven zerindeki işçinin vücuduna giren toplam yükleme cimi, uygun bir mikroampermetre işçinin vücuduy ı kule arasına bağlanarak ölçülür (Şekil 14). jçi Şekil 15'de görüldüğü gibi, yalıtkan bir Latform üzerinde duruyorsa, ölçme, mikroamper îtrenin bir ucu kuleye bağlanmış, diğer ucuda îçiye değer durumda yapılır. Şekil 14 ve 15'deki ;r iki durumda da çalışma ilkesi aynıdır.

zelge l'de verilen vücut akımı değerleri hat çişini uygun bir ampermetreyle çelik kuleye ğlayarak ölçüldü. Sağ kolu vücuduna bitişik en vücut akımı 253 yA, enerjili iletkene doğru atılmış durumdaykende 395 yA olarak bulunmuş

Şekil 16'da görülen düzenek işçinin hava asansö ründe olduğu durum için kullanıldı. Burada işçi hat ile aynı gerilimdedir. Vücut akımı, işçiyi kova ekranından yalıtarak (normal olarak isjçi bu ekrana iletken ayakkabılarla elektriksel olarak bağlıdır) ki bu tahta bir platform, bir kauçuk battaniye yada başka bir yalıtkan taban üzerinde durularak sağlanır ve uygun bir mikroampermet reyle hatta bağlayarak ölçülür. Şekil 17'de hava asansörünün kovasındaki işçi sağ kolunu uzatmış durumdayken yapılan ölçme gösterilmektedir.

Elektrik alanının etkilerinden korunmak için me tal giysi kullanan bir hat işçisinin vücudu bu giysiden yalıtılmalıdır. Giysi ile işçinin vücudu arasındaki tek bağlantı mikroampermetre ile ya pılmalıdır (giysi enerjili iletkene bağlanmıştır).

!

/

£ /O/

İL«TK*N

I KAftlO (LSKTKOftU

S

W UTKf(N

Şekil 16. Bir hava asansörünün kovasında çalışan hat işçisinin vücut akımlarını ölçme yöntemi.

1) Elektriksel akı çizgileri hat işçi sinin vücudunun kova ekranı içinde ger almayan kısımları üzerinde sonlanır.

2) Koruyucu elektrot yalıtkan tabanın altını kaplar ve kova ekranıyla elektriksel teması vardır.

3) Ig = Hat işçisinin vücudunun ekran 1 anmamış kısımları üzerinde sonlanan elektriksel akının neden olduğu vücut akımı.

Şekil 17. 345 kV'da, enerjili ekranlanmış kova içinde vücut akımının ölçülmesi.

EKTRÎK MÜHENDİSLİĞİ 24 9

Bu durumda mikroampermetre, i ş ç i n i n vücuduifun g i y s i i l e korunmayan kısımlarından giren toplam yükleme akımının değerini okur.

Çelik kulenin çapraz koluna dayalı b i r tahta mer diven üzerinde çalışan hat i ş ç i s i , elektrik ala nı i ç e r i s i n d e çevresinden tümüyle y a l ı t ı l m ı ş du rumdadır. Toplam vücut akımının ölçülmesi bu du rum i ç i n olanaksızdır, çünkü mikroampermetrenin bağlanacağı b i r başvuru noktası bulunmamaktadır. Daha önce açıklanan dipol bu durumda vücut akımı nın ölçülmesinde kullanılır.

EKRANLAMA DERECELERİ

Bir güç h a t t ı n ı n çevresindeki e l e k t r i k alan yeğin l i ğ i e n e r j i l i iletkenlerin yakınında diğer bütün nokta lardakinden çok daha büyüktür. 100 y ı l önce Michael Faraday iletken b i r kafesin içerisinde, kafesin dış yüzündeki e l e k t r i k yükleri ne olursa olsun, e l e k t r i k alanı olmadığını göstermişti. Bu na göre, hava asansörünün kovasında çıplak el yöntemiyle çalışan i ş ç i l e r i n ekranlanması için g e n e l l i k l e b i r kafes parçası kullanmak adet o l muştur.

İ ş ç i tam b i r ekranın i ç e r i s i n e a l ı n ı r s a alan e t kisinden bütünüyle korunur. Ancak çıplak el ç a l ı ş ma yönteminde bunun p r a t i k olmadığı a ç ı k t ı r . Bu yüzden kısmî ekranlama uygulanır. İşçinin rahat çalışmasına izin veren ekranlama derecesi h a t t ı n gerilimine b a ğ l ı d ı r . Yaygın olarak kullanılan ek ranlama biçimleri Şekil 18'de gösterilmiştir.

Tam ekranlamaya en yakın uygulama hat i ş ç i s i n i n i l e t k e n b i r giysi kullanması durumudur. Burada ekranın yüzey alanı işçininkinden biraz büyüktür ve bu nedenle, işçinin bu biçimde ekranlanmasının toplam yükleme akımında meydana getireceği deği şim çok küçüktür. Öte yandan bu durumuyla iletken giysi hemen hemen tam b i r Faraday karesi gibidir ( i l e t k e n yüzey e l e k t r i k s e l olarak e n e r j i l i i l e t kene bağlandığında). Böylece akımın büyük bölümü nün i ş ç i n i n vücudundan geçmesi önlenmiş o l u r . Adı geçen metal g i y s i biçimindeki ekran Şekil 15'de

Şekil 19. Apple Grove'daki bir hava asansörü içinde iletken giysi kullanarak vücut akımı ölçülmesi.

Şekil 18. Çeşitli ekranlama dereceleri. A. Arka duvarı ve üst: örtüsü ile birlikte tam kova ekranı B. Arka duvar ile birlikte tam kova ekranı C. Tam kova ekranı D. Kısmi kova ekranı

Şekil 20. 345 kV'luk hatta asılı durumd.a, iletken giysi kullanarak vücut akımı ölçülmesi.

görülmektedir. Şekil 19'da çıplak el yöntemiyle Apple Grove t e s t bölgesinde yapılan ölçmelere i l i ş k i n bir resini yer almaktadır. Şekil 20'de 345 kV'luk h a t t a a s ı l ı kova içinde oturan ve i l e t ken giysi kullanan hat i ş ç i s i n i n vücut akımları nın ölçümü g ö s t e r i l m i ş t i r .

ALAN YEĞİNLİKLERİ ve VÜCUT AKIMLARI ÜZERİNE GÖZLEMLER Bir kulede olağan çalışma konumunda, a l ı ş ı l a g e l e n e n e r j i l i hat a l e t l e r i y l e çalışan ve hav;a asansö

rünün kovasında çıplak el yöntemiyle iş gören iş çilerin 138 ve 345 kV'da, vücutlarındaki alan ye ğinlikleri ve akımlara ilişkin yoğun ölçmeler ya pılmıştır. Bu ölçmelerin bazılarının sonuçları Şekil 21 ve 24'de verilmektedir. Bu şekillerde alan yeğinlikleri yA/inch2 cinsinden eşdeğer akım yoğunluğu ile ifade edilmiştir, vücut akımlarıda yA cinsindendir. Şekil 25'de iki farklı konum ve gerilim için vücut akımları karşılaştırılmaktadır. 138 kV'un altındaki gerilimlerde, alan yeğinliği ve vücut akımı değerleri önemli olamayacak dere cede küçüktür.

Hat işçisi kulede iken, alan yeğinliği ölçümleri, işçinin kuleye bağlı ve bağlı olmayan durumları

L

0.4 _

. 02

»T İSÇİSİ KULEY E BROM

1 •_

VÜ CU T RKIHM • \İ5jjf\

••• .1

1 §06 Jo.4

, n L e ı L J ) K

HAT 19C SI U L E Y E • H&L.1

_i_

ÜST 1 Y ÜZ ÖNÜ $0UI|MK!Kl|sMl n%mÖNÜ j uUI jıuBijsntı A

BflŞ

6 Q&ÜBÛN

«ıK

Di z m

İ ^Cİ Nİ H VÜCUDU Ü U K İ M D B K ] I Ö k « E

Şekil 21. East Lima da 138 kV'luk çelik kulede çalışan hat işçisinin vücudunda gözle nen akım yoğunlukları.

1) Akım yoğunluğu \1A/İnchz 2) Kulenin çapraz koluna dayanan tahta merdivenin en alt basamağında duran ve sağ yanında 138 kV'da enerjilen miş tek bir iletken bulunan hat işçisi durumu.

u.o c

04 02

U . ı VÜCUT «KİMİ

C T İ P ) E.KRAN

TıTiTT 0.4

I 0?

<o

V Ü C U T B K t M I yZOfjfK

=?0.6

•I 0.4 â o? S ş°

U.L

, ı S I L W B ESİŞİ

B T İ P İ E KKflN

.

VÜCUT B K I M I = 1 5 5 M fi

VÜCUT «Kİ Mİ = 70 yt/fl

ÜST VİJZ IINÜ JsHuJfKjanJ&ftOf TAMV O N Ü |souj|fmnn

K

»RŞ

GÖ«İW N

" «*

22. 138 kV'luk tek bir enerjili iletkenin karşısında ve ona bağlı bir hava asansörü içinde çalışan işçinin vücudunda gözlenen akım yoğunluğu değerleri.

HRT I»C13İ KUUEVE

0.4

İ 02

ÜST VÜZ Ö N Ü SOL<

İLCİNİN VUCU&U UZEJMND&KI BOLG&

Şekil 23. East Lima ve Coldwater da, 345 kV'luk hattın çelik kulesinde çalışan işçinin vücudunda gözlenen akım yoğunluğu değerleri.

1) Doğu Lima da: Hat işçisi kulenin ortadaki çapraz koluna dayalı tahta merdivenin en alt basamağmdadır ve sağında 345 kV'luk tek bir enerjili iletken vardır.

2) Coldwater da: Hat işçisi çelik kuleye iletkenin 2 feet aşağısında tuttu rulmuş tahta bir taban üzerindedir ve sağında, 10' 6" uzaklıkta 345 kV'luk dört iletkenli bir demet vardır.

08 06

\o

II I

VÜCUT R K l M I = 3 O0 , i >f l

FILSl LR MS

.0,

ta I — —•"

V J CU T RK1M» • l î Û A ' f l

|_ • • •

» » I * ÜST y ONU jyıuj

1 nmm ONİ J ^ SOLU janttı

Bnş

G0GU&UN

BY flK

Di El W

24. 345 kV'luk tek bir enerjili iletkenin karşısında ve ona bağlı bir hava asansörü içinde çalışan işçinin vücudunda gözlenen akım yoğunluğu değerleri.

fl I B I c I o

f f f « T L I M f l |COLPWATEIt

< 1011 IU*İ nHm*'* **

İSÇİ KUl CDC

25. yücut aiımı öJçıimierinin k a r ş ı l a ş t ı r ı l ması.

için yapıldı. Şekil 21 ve 23'de görüldüğü gibi, her iki hat geriliminde de, işçinin vücudu üze rinde ölçülen alan yeğinliği işçi kuleye bağlı iken daha küçük bulundu (bağlı olmadığı zaman öl çülen değere göre). İşçi kuleye bağlı değilken vücut akımı ölçümü uygun değildir, çünkü mikro ampermetre bağlantısı süjeyi topraklar.

Kova içinde çalışan işçinin ne ölçüde alan etki sinde kalacağı ekranlamanın derecesine bağlı ol duğundan, ölçmeler 138 kV'da dört farklı ekranla ma ile (Şekil 22) ve 3A5 kV'da 2 farklı ekranlama ile (Şekil 24) yapıldı.

Hat işçisinin içerisinde çalışacağı elektrik ala nının yeğinliği ekranlama ile kolayca denetlenir. Çizelge 3'de çeşitli ekranlama durumları için, elektrik alanının etkileme dereceleri karşılaştı rılmaktadır. En büyük akım yoğunluğu değerleri ve vücut akımları, kulede ve kova içinde çalışan iş çi durumları için ve çeşitli ekranlama derecele riyle verilmektedir.

İsçinin bulunduğu yer

Ekranlama

138 kV

En biiyUk akım yoğunluğu pA/inch*

En bUyük akım yoğunluğu uA/inchf

Kulede*

Yok

0,18

0,«

A

0,06

0,09

C

D

0,34

0,67

'138 kv'luk hattan yaklaşık S festi 345 kVluk hattan da 10 1/2 feet uaaklılcta.

Çizelge 3.

Çizelge 3'e bakılarak şu karşılaştırmalar yapıla bilir:

1) A tipi ekranlama ile (bu, kovayı örten tam ek ran, bir arka duvar ve bir üst örtüden oluşur) kovada çıplak el yöntemiyle çalışan işçi, alı şılagelen enerjili hat aletleriyle kulede çalı şan bir diğerinden daha az elektrik alan etki mesine uğrar (hem 138 hem de 345 kV'da).

2) B tipi ekranlama ile (kovayı örten tam ekran ve bir arka duvar) kovada çıplak el yöntemiyle çalışan işçi, 138 kV'da, alışılagelen enerjili hat aletleriyle kulede çalışan bir diğeriyle yaklaşık aynı düzeyde (yada biraz daha fazla) alan etkimesine uğrar. Bu etkime kulede çalışan işçide (hat gerilimi 345 k V ) , kovada çalışana (hat gerilimi 138 kV) göre daha azdır.

3) C tipi ekranlama ile (kovayı örten tam ekranl kovada çıplak el yöntemiyle çalışan işçi (138 kV'da), alışılagelen enerjili hat aletle riyle kulede çalışan diğeriyle (hat gerilimi 345 kV) aynı düzeyde (yada biraz daha az) alan etkimesine uğrar. Eğer kulede çalışma durumun da hat gerilimi 138 kV ise, çıplak el yöntemiy le çalışan işçi alandan daha fazla etkilenir.

Çizelge 3'den, her iki çalışma yöntemi için, en büyük vücut akımı değeri 345 kV'da yaklaşık 400 uA olarak bulunur. Bu değer, algılanabilen en küçük akımın yarısından küçüktür. Hava asansöründe çalışırken, 345 kV'da B ekranla ması, 138 kV'da da C ekranlaması işçilerin rahat

I0OO

ISCJ VE GİY Sİ

«00

2oo viiCD r BKJMI

ıLfTKEKi »I f lLUMİ UVUM DOKUNMUŞ

PLBSTİK GİY Sİ I

SİY Sİ

KODA EKRRNI YOK K Ol f i Hi N DİBİNDE Ö L Ç M E P1.BKBSI VflR

C TIPI KOVA EKM NI

Şekil 26. 345 kV da hava asansörü içinde, iletken giysili bir işçinin vücut akımı ölçmeleri.

1) * Bu plastik maddenin direnilliği birim alan için 3000ü dur.

çalışmaları için yeterli sayılır. Bu durumda vü cut akımları algılama eşiği kabul edilen 1000 \ık' in oldukça altındadır. 100 kV'un altındaki geri limlerde, Şekil 18c'de gösterilen kova ekranlama sı oldukça yeterlidir. Dağıtım gerilimleri içinde Şekil 18d'deki ekran da yeterli sayılır.

Herhangi bir ekran kullanmadan, 345 kV'da, çıp lak el yöntemiyle çalışan bir işçide algılama eşiğine varan hatta onu geçen vücut akımlarına rastlanır. Bu akımların iletken giysi biçiminde ekran kullanılarak ne ölçüde düşürüldüğü Şekil 26'da gösterilmektedir.

KAYNAKLAR

[l] Bames, H.C. et al., "Rational analysis of e l e c t r i c fields in live line vrorking", IEEE Trans. on Power App. Syst., Cilt 86, No.4, 1967, s.482.

[2] Kouwenhoven, M.B., et al., "Body c u r r e n t s in live line working", IEEE Trans. on Povrer App. Syst., Cilt 85, No.4, 1966, s.403.

[3] Knickerbocker, G.G., et al., " E x p o s u r e of mice to a strong ac e l e c t r i c field An expe rimental study", IEEE Trans. on Power App. Syst., Cilt 86, No.4, 1967, s.498. [4] Kouwenhoven, H.B. et al., "Medical e v a l u a t i o n of man vrorking in ac e l e c t r i c fields", IEEE Trans. on Povrer App. Syst., Cilt 86, No.4, 1967, s.506.

ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ 249 468