YÜKSEK GERİLİM ŞALT MERKEZLERİNİN TASARIMI

yüksek gerilim salt merkezlerinin tasarımı l.GÎRÎŞ

Yüksek uerilim (YG) iletimmer kezlerinin yakın geçmişteki büyümesi çok çarpıcı olmuştur, î l e r i k i yıllarda da bu büyüme nin artan bir hızla süreceği sanılmaktadır.

Büyük yatırım gerektiren i l e tim sisteminin en can a l ı c ı bölümü yüksek gerilim salt merkezleridir. Yalnız Amerika' da 1972 yılında Ekstra Yüksek Gerilim (EYG) s a l t merkezleri için yapılan yatırımın topla mı l,3xlO9 dolar dolayındadır.

Sistem tasarım mühendisleri; en az maliyetle en güvenilir elektrik enerjisini sağlamak durumundadır. Bir YG iletim sisteminin tasarımı özenle ve etraflıca düşünülerek ya pılmalıdır.

Günümüzdeki s a l t merkezleri, gelecekteki gereksinimleri en ucuz ve kolay karşılayabile cek esneklikte olmalıdır.

Merkezlerin tasarımındaki be l i r l e y i c i en önemli iki e t ken; işletmedeki en üst gü venlik ve ilk yatırımın dü şüklüğüdür.

Bu yazıda, günümüzdeki merkez düzenlemesinin genel bir dö kümü ve sistem güvenirliği yönünden önemli noktaların tartışması verilecektir.

2. MERKEZ TASARIKINDAKÎ GENEL GEREKSİNİMLER iyi bir merkez tasarımı yapı lırken, aşağıdaki önemli ge reksinimlerin gözönünde t u t u l ması gerekir:

1. Sistem güvenliği 2. Yatırım sermayesi (Sabit ve işletme sermayesi) 3. İşletme esnekliği A. Bakım kolaylıkları 5. Gelecekteki büyüme 6. Yer gereksinimi 7. Çevresel koşullar.

Her özgün durum için (ülke ve güç sistemi yönünden) yukarı daki etkenlerin uygun bir ka rışımının bulunacağı açıktır. Sistemdeki tüm merkezlerde en üst güvenliği sağlamak için aygıtların çift konması eko nomik yönden nasıl kabul edi lemezse, ilk yatırımın en dü şük olması için güvenlik ko şullarının çok düşük düzeyde tutulması da düşünülemez.

YG merkezlerini iki bölümde toplayabiliriz:

1. Hat dağıtım merkezleri 2. Transformatör ya da uç da ğıtım merkezleri

Hat dağıtım merkezlerinin üre tici ya da alıcı uçlardaki tra fo merkezlerinden genellikle daha güvenilir olması gerekli dir. Bunun nedeni, yedek hat bulundurulmasının yedek trans formatörden daha pahalı oluşu dur.

3. SALT M K R K E Z L E R İ N Î N DÜZENLENMESİ

Her ülke ve elektrik üreten ku ruluşun merkez düzenlemelerinde belirli tercih ve eğilimleri vardır. Farklı merkez düzenleme lerinde ilk yatırım, güvenirlik, işletme maliyeti vb. olgula rın gözden geçirilerek karara varılmasına yakın zamanlarda başlanmıştır.

İşletme yönünden, mevcut seçe neklerden birkaç düzeneğin se çilmesi iyi bir pratiği gerek tirir. Yanlış çalışma tehli kelerini en aza indiren belir li işletme yöntemleri kullanı larak bu durum gerçekleştiri lebilir. En yaygın kullanılan merkez düzenlemelerinden bazı larını sırasıyla inceliyeceğiz:

Şekil 1. Bara ay incili ana tek bara sistemi

3.2. Çift ana bara (dupli cate bus bar) sistemi

Çift bara sistemi, dünyada en yaygın kullanılan bara sistem lerinden biridir (Şekil 2). Çıkış (feeder) gruplandırmala r ı n ı gerektiren güç üretim merkezlerinde çift bara daha uygun bir çözümdür. Bu düzene ğe bara bağlayıcı bir fiderin konması işletme kolaylıklarını artırır.

Çift bara sistemine yeni bir transfer bara eklenerek i ş l e t me kolaylıkları daha da artı rılabilir.

Bara arızaları, tek bara dü zenlemesinde olduğu gibi, arı zalı bölüme bağlı tüm çıkışla rın devre dışı kalmasına yol açar. Çift ana baranın yararı, çıkışların arızasız baraya ak tarma olanağının bulunmasıdır.

Halka bara sisteminin çift ya da tek bara sistemine göre üstünlüklerini şöyle sırala yabiliriz:

1. Bara arızalarında yalnız bir f ider devre» dışı kalır.

2. Kesici arızalarında (brea ker failure) yalnız iki fider devre dışı kalır.

Şekil 2. Çift ana bara sistemi

3.3 Birbuçuk k e s i c i sistemi (Ü circuit breaker system)

Bu düzenleme daha çok Kuzey Amerika'da kullanılır. Avru pa'da ise yaygın değildir. Bu sistem daha çok bara güvenli a ği istendiğinde tercih edilir. Birbuçuk kesici sistemin de, çıkış başına yarım kesici faz la kullanılmaktadır (Şekil 3).

Bu düzenlemenin bir çok manev ra olanakları vardır. Ancak, aygıtların iki çıkış fiderinin toplam yük akımını karşılaya bilecek güçte olmaları gereği, aygıt anma değerlerini (akım taşıma gücü) ve merkez maliye tini artırır.

i

Şekil 3. Birbuçuk kesici sistemi

3 . 1 . Tek ana bara ( s i n g l e bus bar) sistemi

Şekil l'de bara ayırıcılı tek bara düzeneği görülmektedir. Baradaki bir kısa devrede tüm çıkışların devre dışı kalması başlıca sakıncalardan biridir. Buna karşın bara ayırıcılı ve tek ana baralı düzenleme yaygın kullanılmakta ve güvenilir bir tasarım olduğu kabul edilmekte dir. İsveç'te 145 kV'a kadar o lan alıcı merkezlerinin çoğun luğunda bu düzenleme kullanıl maktadır.

3.4. Halka bara sistemi (ring bus bar or mesh system)

Bu düzenlemede kesiciler, fi der çıkışı yerine bara üzeri ne yerleştirilmiştir. Bir fi deri devreden çıkarmak için iki kesicinin açılması gere kir. Kesicilerden birinin dev re dışı olması halkanın açıl masına yol açar. Arızalı fi derin devre çıkışındaki ayırı cısı açılıp kesiciler kapatı larak halka kapalı duruma ge tirilebilir (Şekil 4 ) .

Şekil 4. Halka bara sistemi Elektrik Mühendisliği 223

3. Kesici bakımı için, yan ge çiş (by pass) olanakları nın bulunması gerekmez ve koruma sistemi devre dışı kalmaz.

Tüm manevra koşullarını sağla yabilmek için kesici ve diğer aygıtlar en yüksek bara akımı na dayanabilecek güçte seçil melidir. Bu ise anma değerle rine ve mevcut standart aygıt lara bağlı olarak maliyet ar tışına yol açar. Halka baralı merkezler ultra yüksek gerilim (UYG) sistemlerinde kullanı lır.

4. TASARIM ÜZERİNE

4.1 Sistem Güvenliği

Sistem güvenliği, merkezlerin düzenlenmesi kadar, merkezde ki aygıtların da güvenirliği ne bağlıdır. Farklı seçenek ler için aynı tür aygıtlar kullanılmadığı sürece, merkez düzenlemelerinden hangisinin daha güvenilir olacağı yargı sına varmak güç olur.

Farklı merkez düzenlemeleri nin güvenirliği konusunda ClGRE'de yapılan bir çalışma nın sonuçlarından yararlana biliriz.

Sistem güvenliği, kullanılan aygıtların arızalarından et kilenmektedir. Bir merkezdeki arızaların en büyük bölümü, devre kesicilerinden ve bun ların da mekanik yapılarından gelmektedir.

YG merkezlerinde az yağlı ke sicilerin (oil minimum circu it breakers) kullanılması gü venliği artırmaktadır. Çünkü az yağlı kesiciler havalı ke sicilere oranla daha az sorun yaratır.

Bir merkezin güvenliğini artı ran etkenleri şöyle sıralıya biliriz:

Aygıtların güvenilir firma lardan sağlanması Yapımcı firmada deney ve araştırma olanaklarının araştırılması Nitelik denetimi Montaj ve işletme çalışma larında özen gösterilmesi Tip testleri ve diğer test lerin yapılması.

4.2 Maliyet

Bir merkezin maliyeti hesap lanırken; ilk yatırım, işlet me masrafları ve enerji kesil melerinden gelecek kayıpları da içeren toplam tutarın göz önünde tutulması gerekir.

Merkezin yapımında ilk yatırım düşüklüğünü temel almak ileri de ek masrafların doğmasına yolaçabilir.

tnşaat masrafları tasarım ve yerleştirme düzenine bağlı o larak geniş değişkenlik gös terdiğinden, salt maliyetinin inşaat bölümünden ayrı düşü nülmesi daha doğrudur.

4.3 Bakım Kolaylıkları

Merkez yerleştirmesinde görü nümün iyi olması (çıkış fider lerinin ve aygıtlarının kolay ayırdedilebilir olması) işlet me güvenliğini artırıcı bir etkendir. Merkezlerin alçak kesitli (low profile) olması daha iyi bir yerleşme görünü mü verir. Merkez düzenlemele ri yapılırken bakım kolaylık ları da gözönüne alınmalıdır.

4.4 Merkezlerin G e n i ş letilmesi

Sistemlerin büyümesi bazı mer kezlerin genişletilmesi gere ğini doğurur. Seçilen merkez tasarımında, gelecekteki ge nişletmelerin en az enerji kesilmesi ile gerçekleştiri lebilmesi sorunu düşünülmeli dir.

4.5 Yer Sorunu

Arazi fiyatlarının artması ve uygun merkez yeri bulunma sındaki zorluk, tasarımcının hareket olanaklarını sınırla maktadır.

Bazen mevcut yerin kullanıl ması özel tasarımları gerek tirebilir. Bu gibi durumlarda yapımcı firmaların çözüm öne rileri yardımcı olabilir. Kı sıtlı yer olanaklarında, pan tograf türü ayırıcıların kul lanılması yararlı olmaktadır.

4.6 Çevresel Koşullar

Toplumda çevreye karşı duyarlı lığın artması, alçak kesitli merkezler yapma eğilimini do ğurmuştur. Modern merkezlerin tasarımında, çok büyük pilon

ve çelik yapı (construction) kullanmaktan kaçınılmalıdır.

Yerleşme alanlarının yakınına kurulacak merkezlerde gürültü önemli bir sorundur. Az yağlı ve SF6 gazlı kesicilerin ça lışmasındaki gürültü, havalı kesicilere oranla oldukça dü şüktür. Transformatör gürültü sünü de azaltmak için özel çevrelemeler (enclosure) ya pılmaktadır.

5. TASARIM SORUNLARI

5.1 Kısa Devre

Bir kısa devre anında merkez deki akım taşıyan iletkenler çok büyük zorlanmalarla karşı karşıyadır. Eğer iletkenler serbest asılı (freely suspen ded) durumdaysa, kısa devre sırasında iletkenler arası açıklık sallanmadan ötürü de ğişir. Çok sayıdaki etkenin var lığı (örneğin; serbest ilet ken uzunluğu, gerilme, nokta sal yükler, vb.) iletken ha reketlerinin niteliğinin sap tanmasını güçleştirmektedir.. Ancak, bu hareketlerin çok büyük olması haralarda ve merkezdeki aygıtlarda ciddi hasarlar doğurabilir. Bu tür deki kısa devre kuvvetlerinin bulunmasında çoğunlukla ba sitleştirilmiş yöntemler kul lanılmaktadır.

5.2 Topraklama tnsan güvenliği ve aygıt ko ruması için bir merkezdeki tüm akım taşımayan metal böl meler topraklı olmalıdır.

Ülkelere göre farklı toprakla ma yöntemlerinin benimsenmesi nin nedeni, topraklama koşul larının kesinlikle saptanama masmdan ileri gelmektedir. Ancak topraklama barası dü zenlenirken, bazı temel ge reksinimler karşılanmalıdır.

Topraklama barası korozyona karşı (iletkenleri temas et tiği topraktan ve diğer ilet kenlerden koruyacak biçimde) dayanıklı olmalıdır.

Topraklama sistemi ağ (ızgara) gibi ve merkezin tüm alanını kapsayıp taşacak biçimde ol malıdır.

Ağ aralıkları elden geldiğin ce küçük (insan adımı kadar) tutulmalıdır. Bazı merkezler de dokunma gerilimleri büyük olabilir, bunlar önlenmeli dir.

Tüm metal bölmeler ve ekleme öğelerinin topraklama barası na bağlantısının birbirinden bağımsız iki iletken ile ya pılması istenir. Bunun nede ni, topraklama bağlantısından biri koparsa, öbür bağlantı nın gerekli topraklamayı sağ laması içindir.

Montaj, bakım ve onarım sıra sında yüksek gerilim iletken leri ve çelik yapıların geçi ci topraklanması için özel topraklama aygıtları kullanı labilir.

5.3 Çelik Yapı

Salt merkezlerinde mesnetler beton yapılabildiği halde, galvanizli çelik yapılar da ha çok tercih edilmektedir.

Taşımadaki sınırlamalardan ve taşıma sırasında büyük bölme lerin has arlanma tehlikesin den ötürü yapıların kafes, bi çiminde yapılması ve civata larla tutturulması tercih edi lir. Tasarımda bu yapılara ge lecek statik ve dinamik kuv vetlerin gözden geçirilmesi gerekir.

5.4 İzolatörlerin Seçimi

YUksek gerilim merkezlerinde izolatörler, maliyetin ve ya lıtkanlık koordinasyonunun ö nemli bir bölümünü oluşturur. Tasarımcılar, izolatör nite liklerini belirler ve bunları koordine ederken özen göster melidir.

Yalıtkanlık koordinasyonunda, aygıtlar, elektriksel dayanma gerilimine ve mevcut koruyucu aygıtların koruma düzeyine göre seçilir. Bu ayarlama; aygıtın hasarlarıma olasılığı, yalıtkanlık bozulması ve ener ji kesilmesini ekonomik ve işletme yönünden kabul edile bilir bir düzeye düşürecek bi çimde olmalıdır.

Bir merkezde aygıtların kar şılaşabileceği elektriksel zorlanmaları dört bölümde top layabiliriz.

Güç frekansındaki gerilim ler • Geçici aşırı gerilimler Manevra aşırı gerilimleri Yıldırım aşırı gerilimleri

Dışsal yalıtkanlık hava kir liliğinin düzeyinden etkile nir. Yalıtkanlık düzenleme sinde, önce farklı aygıt ko numlarında beklenen aşırı ge rilimlerin boyutlarının bilin ması gerekir. Düşük gerilim lerde manevra aşırı gerilim leri çok önemli olmadığı hal de, ekstra ve ultra yüksek gerilimlerin yalıtkanlık dü zeyinin seçiminde belirleyi ci bir ölçüttür (criterion).

5.5 EYG İzolatörlerinde Kirlenme

Kirli atmosfer koşullarında, izolatörlerin durumu hakkın daki bilgilerimizin çoğunluğu, yapay kirlenme deneylerinden gelmektedir. Gerçek sistem ko şullarındaki işletme sonuçla rı ise oldukça farklıdır.

Kirli bölgelerde bulunan izo latörlerin kirlenmesini en aza indirmek için,sistem tasarım cısına aşağıdaki seçenekler (alternatifler) önerilebilir:

1. İzolatörde atlama uzaklı ğının artırılması

2. Silisyum yağının koruyucu kaplama olarak kullanılma sı

3. İzolatörlerin yıkanması 4. Tüm merkezin kapalı ya da bina içerisinde yapılması

Atlama uzaklığının artırılma sı özel izolatör seçimiyle sağlanabilir. Bu ise yalnız başına kirlenme sorununu çöz mekten uzaktır. Alışılmış izo latörlerin yerine özel türde ki izolatörlerin kullanılması nın işletme güvenirliğini a zalttığı görülmüştür.

Koruyucu kaplama olarak Silis yum yağının h a n c ı izolatör lerde kullanılması uzun süre dir birçok ülkede başarı ile denenmiştir. Bununla, izola törlerin daha uzun zaman ara lıkları ile bakımı yapılabil mektedir. Bu yöntemde yağ ta bakasının yinelenmesi özen ge rektirdiğinden karşılaştırma da; emek ve malzeme maliyeti gözönünde tutulmalıdır. Yağ lama işi de ancak enerjisiz durumda yapılabilir.

Birçok ülkede uygulanan izo latörlerin su ile yıkanması enerjili hatlarda çok dikkat istemektedir. Bu yöntemde izo latörlere elle çalıştırılan bir hortum yardımıyla su püs kürtülür ve ayrıca sabit te sislerde aygıtlara bağlanmış sabit su sıkıcı hortumlardan da yararlanılabilir. Bu tür yıkama daha çok Japonya'da kul lanılmaktadır ve çok pahalıdır. Ayrıca merkezin yerleştirili şinde de bazı düzenlemeler yapmak gerekir. Çünkü bir izo latörün üzerine sıkılacak su ile diğer gerilimli bölmeler arasında atlama olmamalıdır.

6. SIKIŞTIRILMIŞ GAZ İLE YALITILMIŞ SALT MERKEZLERİ

EYG ve UYG salt merkezlerinde ki yer ve kirlenme sorunu, son zamanlarda sıkıştırılmış gaz ile yalıtılmış yeni salt mer kezlerinin yapımına yol aç mıştır. Bu tür merkezler tam kapalı durumdadır ve yalıtma için sıkıştırılmış sülfür hek saflörür gazı (SF6) kullanıl maktadır.

UYG salt merkezlerinde SF6 ga zının kullanılmasıyla yer ge reksinimi açık hava tiplerine göre % 90 düşmüştür.

245 kV ve altındaki gerilim lerde salt merkezlerinde SF6 gazının kullanılması ekonomik değildir. Ancak özel kirlenme ve arazi fiyatlarının çok pa halı olduğu durumlarda 245 kV in altında da SF6 gazının kul lanılması düşünülebilir.

Daha düşük gerilimli merkez lerde SF6 gazının henüz kulla nılmaması, maliyetlerin yük sek, bakım ve işletmesinin daha karmaşık olmasından ile ri gelmektedir.

SF6 gazlı salt merkezlerinde hat çıkışlarının gerektirdiği alan değişmez. SF6 gazlı salt merkezlerini alışılmış olan lar ile karşılaştırırken bu etken gözönüne alınmalıdır.

(High Voltage Substations, Some Practical Design Aspects. A.K. Bhattacharyya, Manager Trans mission Projects, Power Division ASEA, Vâsterâs, İsveç)