BUZLAŞMA MEYDANA GELEN ALANLARDAN GEÇEN 735 kV LUK BİR HAT ÜZERİNE İNCELEMELER

•r.'r T

Buzlaşma Meydana Gelen Alanlardan Gecen 735 kV luk Bir Hat Üzerine incelemeler*

UDK: 62U15.1.056.5

Yazan: C. M. SEIFERT

Çeviren: Sevinç Uğur TAHAOĞLU TEK

ÖZET

30 direğin yıkılmasına neden olan 1969 yılındaki -fırtınanın ayrıntılı biçimde incelenmesi, «Bulut-Buzlaşması» kuramının ve yeni tasarım kabullerinin gerektiğini göstermektedir.

SVMMARY

Extensive study of storm that felled 30 towers in 1969 points to cloud-icing theory and new desîgn concepts.

Hydro - Ouebec, geçen kış bir kar fırtınası sırasında 30 direğin yıkıldığı ve 48 km uzun- (*) «Electrical World»un l Şubat 1971 tarihli sayısındaki ingilizce aslından Türkçe'ye çevirilmiştir.

luğundaki bir bölümünde dörtlü demet iletkenlerin hasar gördüğü Micauo-Laurentides Hatmin St. Lawrence Nehrine olan uzaklığından kilometrelerce daha uzakta yeni bir güzergâhtan geçecek öbür 735 kV luk hattının güzergahını açmaya çalışıyor (Electrical World,

8 Aralık 1969, s. 34). Ayrıca, bu yeni hat'ağır buzlaşmaya neden olduğu sandan bölgelerden geçmemek üzere tasarımlanmış bulunuyor. Bunun yanında, toplam uzunluğu 395 km olan hattın 80 km'lik bir parçası ise daha az bir buzlaşmaya maruz kalacağı yeni bir güzergahtan geçirilmiş, maliyete 1,8 milyon dolar eklenerek iletkenlerin kopma dayanımı 12 tondan 15,4 tona çıkartılmış ve geçen 31 Ekimde de hasarlı hattın onarımı tamamlanmış bulunuyor.

Şekil 1.

Hattın geçeceği bu yeni güzergahın saptanmasında bir kamu kuruluşunun bu işlerle uğraşan bir komitesinin mühendis ve danışmanlarının* yapmış olduğu yoğun incelemeler esas alındı. Buzlaşma etkisi altındaki alanlar Ouebec City'nin yalnızca 96 km kuzey-doğusundan başlar. Buradan edinilen meteorolojik bilgiler ilk incelendiğinde, şimdiye kadar ciddi bir buzlaşmanın meydana gelmediği görülmüştü. Gazete haberlerinin aksine, kafes direklerin devrildiği dört gün içinde de çok az bir yağış olmuştu. (Maksimum 25,4 mm kadar). Çokçası kar fırtınasının yaptığı hasarlarda önemli bir unsur olan rüzgar bu durumda dışarıda bırakılmıştı. Hatta daha da şaşırtıcı olanı, buzun oluşumu ile deniz düzeyinden olan yükseklikler arasında bir ilişkinin bulunmayışıydı; 450-1200 m arasındaki yüksekliklerdeki bazı yerlerde, dış çapı 28 mm olan iletken üzerinde, 200-230 mm ye kadar, buz oluşmuştu. H-Q'in Hava Hatları Araştırma ve Geliştirme Müdürü Jacques Rouleau «Bazı cevaplara, hem de çok acele, ihtiyacımız olduğu açıktır.» demekle durumun olduğundan da kötü göründüğünü belirterek bu cevaplan elde edebilmek için aralarında meteoroloji uzmanı bir danışmanın da bulunduğu yedi kişilik bir araştırma ekibiyle «Kristal Buz Projesi»ne atıldı.

(*) Geçen kışın felaketleri üzerinde.

Bu ekibin varacağı hedefler şunlar olacaktı: 1. Uygulamalar sırasında ortaya çıkan eksik ta raflarını tamamlamağa çalışarak eldeki «Buz Oluşum Kuramları» nın parametrelerini tahkik etmek; inanılır cevaplar veremeyen eski kuram lar ile hattaki arızayı birbirine bağdaştırmaya çalışmak. 2. Burada hangi tip buzun oluştuğunu kesin olarak belirlemek; Böylece, gelecek için çok ümitli koruyucu tedbirler geliştirilebilmiş ola caktır. Ekibin başkanı Noel Souchereau'ya göre ilk sıkıntı uygun bir çıkış noktası aranırken doğdu: «Tasarım (dizayn) yeniden gözden geçirildi ve kusursuz bulundu» dedi. «Bu boyutlarda bir buzu oluşturmak 25 mm'lik bir yağış için açıkça olanaksızdı. Bunun üzerine bu iut-buzlaşması olanaklarını çıkış noktası olarak almağa karar verdik ve bu noktadan harekete başladık». Yerinde yapılan araştırmalar sırasında bazı devrilmiş direklerdeki iletkenler üzerinde müthiş «kuş kafes» lerine rastlanınca «bulut-buzlaşması kuramı» önem kazandı. Souchereau, bir klemenste sıkışma diğerinde gevşemeye neden olan iletken burulmalarının bulut-buzlaşmasının bir özelliği olduğunu açıkladı.

SIVI SU MiKTAR! (gr/ltf)

Şekil 2. Bulut buzlaşması kuramına göre rüzgarın sürüklediği bulut içerisindeki nem yüksek yerlerle karşılaşınca yoğuşur. Burada, eğer ortamın sıcaklığı donma sıcaklığının altına düşerse, dağ yamaçtan ve açıktaki çelik kafes yapılar üzerinde buz olarak birikir (Şekil 3).

-w o

SICAKLIK (C°)

Şekil 3.

VVeather Engineering Corp. of Canada Ltd. den meteoroloji uzmanı Jacques d'Avignon konuya

daha da açıklık getirdi. Geriye doğru, 1889'a kadar, eldeki veri ve meteorolojik haritaları taramak suretiyle 1956 sıralarında birçok güçlüklerle karşılaşılmasına neden olan 14 yıllık bir fırtınayı tesbit etti. 1956 ocağında, Gaspe" Peninsula'da 161 kV luk bir hat üzerinde, 1969 daki son direk yıkılması olayının meydana gelmiş olduğunu ortaya çıkardı. Daha da önemlisi, genellikle Atlas Okyanusu'ndan kopup gelen ve nemli soğuk havayı (bulutu) buradan alıp kıyıda bir doğu, kuzeydoğu veya güneydoğu rüzgarının üzerine getiren bu fırtınaların tüm doğu kıyılarını çok ciddi bir bulutbuzlaşmasıyla tehdit ettiğini bulmayı da başardı.

Ardından, buradaki bulut-buzlaşmasının hangi tipten olduğunun tesbitine sıra geldi. Bu «kırağı» mı yoksa «kristal buz» muydu? Normal koşullar altında inceleme ekibi, açıktaki iletkenlerin rüzgarın geldiği taraftaki yüzü üzerinde görülen klasik tanecikli kümeler biçimindeki birikimlere bakarak, bunun kırağı olduğuna karar vermiş olacaktı. Ancak, o zamanki koşullar normal koşullar değildi. Souchereau bunu o zaman şöyle açıkladı: «Bunun üzerine biz bir seri tahkik yaptık. Tahkiklerimiz 0.9'a yakın bir yoğunluk verdi bize. Bu ise kırağı için çok yüksek bir yoğunluktur». Sonunda kusur «kristal buz»a yüklendi.

Buradaki direk yıkılmalarının nedeni olarak bulut-buzlaşmasının kesinlikle belirlenmesiyle ikinci adım, arızaların neden özellikle hattın bu kısmında meydana geldiğinin eşelenip çıkarılması oldu. Bu bölgede yakalanan ilk gerçek ipucu, dağlık yerlerden geçen hattın açıkta akan bir suya doğrudan doğruya baktığının ve St. Lawrence Nehrinin 32 km lik kısmı boyunca da ara yerde hiçbir topoğrafik engelin bulunmadığının görülmesi oldu. Souchereau «kısacası kritik bir unsur olmuş olabilecek birşeyi daha keşfettik» dedi.

Böylece bitki örtüsünün durumu, ilk göründüğü durumdan çok daha önemli bir ipucu haline geldi. Tam anlamıyla normal şekilde sürüp giden bir mevsime karşın, etki altında bulunan topraklardaki ağaçların büyümeyip bodur kalmış olduğu ve ancak bölgenin dışına doğru gidildikçe gelişebildiği ağaçların orta dallan ile yukarı dallarının üst üste gelen buz yükleri altında kırılmış olduğu açıkça görüldü. Diğer yandan, uzun olan alt dallar ise çok az bir buz tahribinin varlığım gösteriyordu.

Bölgenin yambaşında, gene bu açıkta akan suya bakan bir dağ yamacı üzerindeki bitki ürtüsü, aşağılarda tam anlamıyla normal, yu kanlara doğru bodur ve sık bir «Ren Yosunu» örtüsüyle kaplı toprağın ağaçlan taşımak

ElektrİK Mühendisliği 201

için fazlasıyla yeterli durumda olmasına kar-şınyaklaşık 1220 m yüksekliğindeki zirveye 300 m kala bir yükseklikte ise toprak ağaçsızdı. Daha da garibi, rüzgar almayan tarafta bitki örtüsü normal durumdayken, bu model, belirli sınırlar içinde, üzerine rüzgar gelen taraftaydı.

Daha ileriye götürülen araştırmalar dağ tepelerindeki pek çok orman tipi direğin buz yükü nedeniyle, değişmez bir «yıkılma-yeniden inşa edilme» periyodu içinde sürekli olarak onarıldığını ortaya çıkardı. Bu yüzden, ilk inşa edildiklerinde genellikle 30 m boyunda olan bu direkler yavaş yavaş 14 m ye kadar kısalmıştı. Olanak bulunan yerde yıkılanlardan sağlanan demirlerle direkler yeniden inşa edilmekteydi. 14 m yüksekliğe gelindiğinde ise artık direklerin asla yıkılmadığı çok açık olarak ortadaydı. Burada yapılan araştırmaların direkle' rin dibinde 38 mm ve 12 m lik düzeyde de 200 mm lik buz birikimi bulunduğunu gösterdiğini belirterek Souchereau «koruyucu bir ağaç örtüsünün, cevabın bir bölümü olduğunu görmek için 'falcının kristal küresine' ihtiyaç yoktur samnm» dedi. Aynca çubuk biçiminde bir radyo anteninin rüzgann geldiği taraftaki yüzünde buz oluşmuş, öbür yüzünde ise buz oluşmamıştı.

Diğer taraftan Souchereau, Blanchard dağının 1220 m yükseklikte bir noktasındaki bir yangın kulesinin, çevresindeki bitki örtüsü tam olarak etkilenmemiş olmakla beraber, üç katı buz yüküyle öne doğru eğilmiş bulunduğuna işaret etti. Bu nedenle, bu muhtemel buzlaşma belirtisi, tam olarak güvenilir bir unsur sayılmadı.

Ama gene de, ötedenberi uygulanagelmekte olan enerji iletim tasanmlannın gerisindeki bu düşüncelerin yeniden değerlendirilmesi bakımından bu bulgular, araştırma ekibine yeter göründü. Hattın güzergahının bir düz çizgi üzerinde bulunmamasındaki ısrar nedendi? Buz oluşumuna karşı çevrenin sağlayacağı doğal korumadan yararlanmak için hattın geçeceği en iyi güzergah neden seçilmemişti? «Esas itibariyle, hat boyundaki ağaçların perdelemesinden ve ağaçlann gelen bulut neminin bir kısmını yutmasına olanak vermekten neden yararlanılmamıştır?»

işte hemen hemen tam bu sıralarda, karanın içine doğru 322 km ye kadar etkili olabilen bulut-buzlaşmasının neden olduğu buz birikimi olayı, analizin içine gene girdi. Bu da, cevaplannın bulunması zorunlu olan aşağıdaki iki gurup soruyu ortaya çıkardı:

1. Nem miktarı, bulutun su kaynağından alınıp ötelere sürüklenmesi nedeniyle azalmaktadır;

ancak hangi hızla? Nem miktarı yalnızca azalmakta mıdır, yoksa deniz düzeyinden veya toprak düzeyinden olan yükseklikle etkilenmekte midir? (H-Q'in direkleri 33,5-45 m arasında bulunmaktadır).

2. Buzun oluşumu bir «damlacık-rüzgâr hızı» kombinasyonuna bağlıdır; ancak bu damlacıklar ne büyüklüktedir? Bir dağılım modeli var mıdır? Bu model değişir mi; değişirse neden ve nasıl?

Bu sorulara cevaplar almak için ekip, karanın içine doğru, dağ tepelerindeki sıvı suyun niteliğini tam olarak incelemeye karar verdi. (Souchereau .karanın çok içerlerinde, Labrador'da Wabush yalanında bir tepenin üzerindeki bir direğin yıkılmış olduğunu söyledi.) Ekibin ortaya çıkardığı şeyler arasında şunlar sayılabilir: Damlacıkların büyüklüğü 8-20 mikron arasında değişmektedir, önceden seçilen bulutlardaki damlacıkların incelenmesi içindeki 5, 10, 15 mikronluk damlacıklar karışımı henüz tahkik edilmemiş olmakla beraber bir dağilım modelinin varlığım ortaya çıkarmaktadır. . . .

'Ouebec City topraklarında kurulmuş-birisi açık 'sır -yüzeyinden 25 km kadar uzakta ve deniz düzeyinin üstünde 1200 m lik bir yükseklikte, diğeri 48 km. içerlerde ve 700 'm yükseldikte— iki meteoroloji istasyonu bu ve diğer sorulara daha iyi cevaplar bulacaktır..Her,.iki istasyona da, buz oluşumu için en kritik dönemler sayılan ekimden aralık ortasına- ve şubattan nisan ortasına kadar olan dönemlerde çalışmak üzere, meteoroloji uzmanları yerleştirildi. Bu kimselere yalnız başına yaşama koşullarına alışık çok tecrübeli teknisyenler yardımcı olarak verildi.

Alışılmış rüzgar ve sıcaklık ölçme aletlerine ilaveten her iki istasiyonda da, çeşitli yüksekliklerdeki su miktarı ve damlacık büyüklüğünü ölçmeye yarayan çok silindirli buz toplayıcıları bulunmaktadır. Toplayıcılar farklı çaplara sahip altışaruk silindir gurupları halinde ve çevresinde kar birikecek şekilde ekseni etrafında dönebilmektedir. Bir kar fırtınası sırasında silindirler yerinden alınacak; su miktarım, damlacıkların büyüklük ve dağılımını bulmak için çeşitli zaman aralıklarında tartılacaktır.

Souchereau bu teçhizatın, araştırma kıstaslarım ve arazi gereklerini karşılayacak şekilde, H-Q tarafından özel olarak yapılmış olduğunu söylemektedir, örneğin silindirler, rüzgarın hızını ölçen aletin kepçelerine gelen rüzgar tarafından döndürülmektedir. «Her ne kadar bu her iki istasyon da 735 kV luk bir hattın al-

tında bulunmaktaysa da, gerçekte personel, insan ayağından son derece uzak bir yerde kamp kurmuştur. Bütün ihtiyaçları'ancak helikopterle- sağlanabilmektedir» dedi.

'Bu teçhizatla fırtınalı zamanlarda ölçülen veriler, bir buluttaki alçak görüş düzeyi ile içindeki sıvı haldeki su arasındaki ilgiyi göstermek için, hat üzerinde buzun oluşumuyla ilgili fotometrik ölçmeler ve gözlemcilerin gözle yaptığı tesbitlerle tamamlanmış olacaktır. Davignon «Sisin belirtilerini biliyorduk, ama bulutunkini bilmiyorduk» dedi. «Bunlar arasındaki fark damlacığın büyüklüğü ve damlacık dağılımının şeklidir».

Aynı derecede önemlisi —rtamamiyle H-Q'in sistemine uygun bütün bakım ve inşa ekipleri— ısı, rüzgar hızı, rüzgar yönü ve buzun oluşumu ile .ilgili basit ama son derece kıymetli gözlem raporlarını verecekler. Bu ekiplerin çıkardığı sonuçların, ölçü aletlerinden okuyacakları değerler ve buna ek olarak NJH da Washington Dağının tepesindeki amerikan meteoroloji istasyonundan sağlanacak değerler ile olan karşılıklı ilgisi tesbit edilecektir.

Souchereau, «Bu bize buzlaşma mevsiminin alışılmamış genişlikte bir spekturumunu verecektir» dedi. «Ancak bütün cevaplan sağlayacağı asla garanti değildir. Bulut-buzlaşması üzerine elde edilecek bilgilerin dünyadaki bütün bu gibi kuruluşlar arasında alınıp verilmesinin tüm enerji iletim endüstrisine yarar sağlaması çok olanaklıdır».

Deniz düzeyinden 762-914 m yükseklikteki bu "zor koşullar altındaki bölgenin «ancak yan "yarıya kuzey kutup arazisi gibi sayılabileceğine» işaret eden Mühendislik Bölümü Başkam Marcel Abram'ın sözlerine bakarak, böylesine ağır bir buzlaşma,' 735 kV luk Micoua-LaurentMes hattının tasarımında gözönüne alınmamış bulunmaktaydı, tnşaat yeniden tam bir tasarım yapmaya meydan vermeyecek kadar çok ilerlemiş olmakla beraber, yapılan yeni incelemeler süresince işler durduruldu.

Planlama ve Maliyetler Şubesi Müdürü Roland Bourgault; «Bu hattaki kafes direklerde, bundan önceki hatlardaki direklerde kullanılan demirden % 15 daha az demir bulunduğunu» açıkladı. Ancak, faz-arası açıklık 15,24 m den 13,7 m ye' düşürülerek ve bilgi sayarla yapılan analizin (EW, Mart 30, 1969, sayfa 38) ortaya çıkardığı yüksek dayanımh alaşımlar kullanılarak bu sonuca varıldığından, ağırlıktaki Du azalmanın direklerin dayanımını düşürmediği farzedilmişti. Fakat bu yeniden yapılan inceleme, en kötü koşullara maruz kalan alanlardan kaçınmak için hattın 80 km kadarlık

Folls Hidrolik sontrolı

bir bölümünün geçeceği yerlerin yeniden tesbitini ve ilk kullanılan 28 mm 12000 kg kopma dayanımlı iletkenler yerine 30,5 mm ve 15400 kg kopma dayammlı iletkenlerin konulmasını gerektirdi.

Hattın 80 km nin üstündeki bir bölümünde bu değişikliklerle Micoua-Laurentides hattı geçen 31 Ekimde tamalandı. Bu yıl Montreal'in güneyinde Duvernay trafo merkezine kadar uzatılmış olacak ve bir 735 kV luk bağlantı hattı ile güney kıyılarındaki Boucherville trafo merkezine bağlanmış olacaktır.

Micoua'dan Montreal'e doğru çekilecek bundan sonraki hat, geçen kışın doğurduğu sıkıntıların incelenmesiyle elde edilen bilgilerin bir sonucu olacaktır. Bu hat Ağustos 1972 de tamamlanmış olacak ve Micoua'dan Ouebec City' nin batısında yeni Laurentides-Duvernay hattı üzerindeki Jacques Cartier trafo merkezine doğru 430 km uzatılacaktır.

Bu hat, St. Lawrence'den yeteri kadar içerlerde ve Micoua trafo merkezinden başlayarak 80 km lik bir uzunluk için Micaua-Laurentides hattına parelel olacaktır. Fakat daha sonra, ileride bir trafo merkezinin kurulmasının tasarlandığı Lac St. Jean'ın biraz doğusunda Saguenay nehrini atlamak için batıya doğru çıkacaktır. Hattın güzergahı, Lac St. Jean'dan sonra, Jaques Cartier trafo merkezine doğru Laurentides Park'tan geçecektir.

1975 yılıyla birlikte aynı güzergah üzerinde bir ikinci hat daha tamamlanmış olacaktır. Bunun yanında bir üçüncü hat da Manic'den gelip St. Lawrence'i geçerek Ouebec City'nin güneyinde Levis trafo merkezine giden güzergah boyunca tamamlanmış olacaktır. Bu ilaveler, Churchill Falls'dan iki hat yardımıyla Manic'e ve birisi de 1976'da Micoa'ya 5200 mW hk gücütaşımak için, 735 kV taki kapasiteyi yeteri kadar arttıracaktır.

Gelecekteki bu hatların tasarımlarının alçaklarda çap doğrultusunda 12,5 mm ve 900 m lik yüksekliklerde de 75 mm buz toplayacağı kabul edilmiştir. Ayrıca, hattın geçtiği yerler geçen kış karşılaşılan ağır buzlaşma koşullarına en az maruz kalınacak şekilde seçilmiş ve ortalama açıklık da yaklaşık olarak % 20 kadar azaltılmış olacaktır.

Şekil 4. Daha az çıplak bir arazi üzerinde yeniden inşa edilen ve Montreal'e kadar

uzatılan hasarlı hat, ilk ManlcouganOutardes sistemini tamamlayacaktır. Bununla beraber Churchill Falls Projesi de 735 kVluk önemli bir hattı buna ekleyecektir.