YÜKSEK GERİLİM DOĞRU AKIM İLETİMİ VE TİRİSTORLAR

ÜDK 621.31:621.314.6

Yüksek Gerilim Doğru Akım (Y . G. D. A.) İletimi ve Tiristorlar

DEMİRAY ERCAN

Elekt. Müh. Ortadoğu Teknik Üniversitesi

ÖZET

Bu yüzyılın başında elektrik enerjisinin iletimi genellikle doğru akım ile yapılırdı. Transformatör lerin ve değişken akım makinalannun gelismeluri ile değişken akım, uygulama alanında doğru akı mın yerini aldı. Fakat 1950 yıllarında cıva buharlı doğrultucuların geliştirilmesinden sonra yüksek ge rilimli doğru akım iletiminin yüksek gerilimli de ğişken akım iletimine bazı üstünlükleri olduğu gö rüldü. Bununla birlikte cıva buharlı doğrultucula rın birçok mahzurlu yanları vardır ve aşağıdaki ya zı bu mahzurların tinstor kullanarak nasıl ortadan kaldırılabileceğini incelemektedir.

SUMMARY

At the start of this century electical transmissi on vıas mainly direct current. With the develop ment of effident transformers and A. C. machines, the advantages of A. C. transmission and utüisatijn ıvere very soon realised and put into practice. With the development of high voltage and high power mercury arc rectifiers in about 1950 it was realised that direct current transmission had many advanta ges över A.C. in particular circumstances. The sua cess of these prototype schem.es has led to a rene wed ınterest in H.VJ).C. transmission. The mercury arc rectifıers hoıcever have several disadvantages and this paper describes how these may be overcome by the use of thyristors.

1. BAŞLANGIÇ

Yüksek gerilim altında doğru akımla elektrik enerjisi iletimi yeni bir düşünce olmamakla be raber son yıllarda üzerinde en çok durulan ko nulardan biridir. Doğru akım iletiminin son on yılda önem kazanmasının en önde gelen nedeni tlristorun bu alanda başarılı bir uygulama vere ceğinin anlatılmasıdır. Daha önce kurulan ve iş letilen Y.G.D.A. sistemlerinin deneme çizgisin den pek öteye gidememesi bu sistemlerde kulla nılan doğrultucu ve değiştiricilerde (*) cıva bu harlı doğrultucuların kullanılması yüzündendir. Bu doğrultucuların arızalan bol bakımları zor ve ömürleri kısadır. Oysa tiristorlarda bu mah zurlar yoktur.

2. DOĞRU AKIM VE DEĞİŞKEN AKIM İLETİMİNİN KABŞDlAŞTmDLMASI

Elektrik enerjisinin ilk bulunduğu yıllarda 19 uncu asır sonlarında ve 20 nci asır başların da elektrik enerjisinin üretimi ve dağıtımı doğru akım ile yapılırdı. Ancak, doğru akımm bir ge rilim seviyesinden diğerine çevrilmemesi yüzün den üretim, dağıtım ve kullanma gerilimleri aynı İdi. Kullanma gerilimi bir iki yüz volttan yük sek olmayacağı İçin üretim gerilimi de düşük ol mak zorunda idi. Bu durumda yüksek akım de ğerleri İle çalınmak gerekli oluyordu. Akım de ğeri arttığında bakır kayıpları (I2R) akımın ka resi İle orantılı olarak artacağından enerjinin bü yük bir kısmı İletim tellerinde ısı olarak boşuna

harcanıyordu. î§te bu yüzden ve de transformatör gibi herhangi bir gerilim ve akım değerini iste nen herhangi bir diğer gerilim ve akım, değerine çevirebilen aletin ve değişken akım makinalannın geliştirilmesi ile değişken akım doğru akımın ye rini almaya başladı. Yanın asn aşan bir süre denberi üretim, iletim ve dağıtım değişken akım ile yapılmaktadır. Ancak değişken akımın bazı önemli mahzurlan vardır ve bunlardan bazıları aşağıda verilmiştir.

a. Korona kayıpları. Bu cins kaybın büyük lüğü gerilim değerine .frekansa ve hava koşul larına bağlı ise de eşit koşullar altında doğru akım iletimindeki korona kayıpları değişken akım iletimindekinden on kez daha küçüktür.

b. Gerilim Regülasyonu. Bir iletim hattının gerilim regülasyonu hattın boyu arttıkça artar ve hattın boyu çeyrek dalga boyunu aştığında (X/4 = 1500 km, 50 Hz sistemler için) çok kötü leşir.

c. Sistemin Kararlılığı. (Stabillte). Değil ken akım sistemlernide önemli bir sorun da ka rarlılıktır. Birbirine iletim hattı ile bağlı iki nokta arasında iletilen elektrik gücü aşağıdaki eşitlik ile verilmiştir.

(1) Doğrultucu : Değişken akımı ttoğıu akıma çe viren. Değiştirici : Doğru akımı değişken akıma çe viren.

V,.Vr sin 8

Pl=

(D

Burada,

P : iletilen güç V,: gönderme ucu gerilimi Vr : alma ucu gerilimi X : iletim hattının reaktansı (hattın di renci gözönüne alınmamıştır.)

§ : Vs İle Vr arasındaki faz açısı

Yukarıda 1 no'lu eşitlikten görülebileceği gi bi İletilen gücün en büyük (maksimum) olabil mesi için gerekil açı 90 derece olup bu en bü . yük değer (VsVr/X) e eşittir. Fakat sistemin geçici rejim durumlanndaki kararlılığını sağla mak için uygulamada bu açı en fazla 30 dere ce olarak alınır ve dolayısıyla iletilen en büyük KÜS.

' p = (VsV/) sin 30° = (2)

olur. 2 no'lu eşitlik bize bir iletim hattının de ğişken akım İlettiği zaman ancak yarı gücünden yararlamlabildiğini göstermektedir.

ç. Kör güç (Reaktif güç) Soruna. Bir iletim Hattının kör güç ihtiyacı (değişken akım ta şıdığı zaman) hattın uzunluğu ile artar ve özel likle kablo ile iletimde çok önem kazanır, öyle ki, bir uzunluk için kablonun do'.ma akımı (charglng current) akım tagıma değerine eşit olur. Bu uzunluk kablonun kritik uzunluğu ola rak bilinir ve buna yakın ve bunun üzerindeki uzunluklar için kablonun İletim amacıyla kul lanılması olanaksızdır.

Yukarıda sayılan mahzurlar doğru akım iletiminde ortadan kalkar. Ancak, diğer taraf tan, doğru akım iletiminde başka zorluklar vardır. Bunlar şöylece sıralanabilir;

a. Devre Kesiciler. Doğru akımda kullanı labilecek hızlı devre kesiciler yoktur. Sistemin korunması doğrultucu ve değiştirici merkezler deki cıva buharlı doğrultuculann veya tirtstor îarın hızlı kontrol karakteristiklerinden yarar lanılarak yapılır.

b. Harmonikler. Gerek doğrultucu merkez "gerekse değiştirici merkez çalışırken pek çeşit li harmonik doğru akım ve değişken akım ta raflarına salınır. Bu harmonikler transforjna törlerdekl demir kayıplarını arttırır, doğru akün sistemlerinin çalışmasını etkiler ve yakın daki elektronik haberleşme sistemlerini karış tırır. Bu yüzden harmonikler, süzücü devreler le ' elden geldiği kadar • yokedilmelidir. Süzücü devreler bütün sistemin maliyetinin önemli bir kısmını meydana getirirler.

'48

Buraya kadar olan tartışma Y. G. D. A. iletiminin kazançlı ve mahzurlu yanları karşı laştırılarak aşağıdaki gibi özetlenebilir :

A. Kazançlı Yanları i. Doğru akjm iletiminde korona kaybı da ha azdır.

il. Gerilim regülasyonu iyidir.

ili. Kararlılık sorunu çözülmüştür; çok özel durumlar hariç sistemin kararsızlık durumu yoktur.

iv. Su altından veya fazlaca kalabalık şe hirlerden geçişte kablo kullanmak tek çözüm yoludur ve kablo kullanıldığında doğru akım iletimi genellikle gerekli olmaktadır.

v. Doğru atom iletiminde kısa devre akımı istenilen değerde tutulabilir. Bu durum siste min kısa devre korunması yönünden çok önem lidir.

B. Mahzurlu Yanları i. Doğru akım için yüksek hızlı devre ke sicileri yoktur.

ü. Karışık kontrol devreleri gereklidir. Bü yük güçte sistemler için elektronik hesaplayıcı kullanmak gerekir.

iii. Harmoniklerl azaltmak için pahalı sü zücü devreler kullanmak gereklidir.

Yukarıdaki karşılaştırmadan da görülebile ceği gibi Y.G.D.A. iletimi birçok yönlerden yük sek gerilim değişken akım iletiminden üstün dür. Ancak doğru akım iletiminin tüm olarak değişken akım iletiminin yerini alması da bek lenemez. Şimdiki uygulamada doğru akım İle timi değişken akım. iletiminin tamamlayıcısı ve destekleyicisi olmaktadır.

3. Y.G.D.A. İLETİMİNDE TtRlSTOR

Yazının başında Y.G D.A. İletiminin yeni bir düğünce olmadığını ancak ilk kurulan sistem lerin civa buharlı doğrultucular yüzünden pek başarılı örnekler olmadıklaniı belirtmiştik. Şimdi cıva buharlı doğrultuculann ortaya koy duğu sorunlan inceleyecek ve tiristor ile kar şılaştırmasını yapacağız. Bu güçlüklerin bir kısmı şöyle özetlenebilir;

a. Y.G.D.A. iletimi için özel olarak yapıl mış çok pahalı! doğrultucular kullanmak ge reklidir, özel yapım, anod ile katod arasındaki yüksek gerilimin homojen dağılımı için gerek lidir.

b. Cıva buhariı doğrultucunun düzgün ça lışabilmesi için içinde bulunduğu kabın sıcak lığı dar sınırlar içinde tutulmalıdır. Sıcaklık bunun altına düşerse ateşleme olmaz, eğer üs tünde olursa ateşleme dunmaz, doğrultucu sü rekli olarak iletir. Bu ise çok fazlı bir kısa dev re demektir.

c. Geri tepme, cıva buharlı doğrultucula rın en ciddi sorunlarından biridir ve anodun ka toda göre negatif olduğu anda (yani cihazın iletmemesi gereken durumda) lletmesidir. Geri tepme, iki faz arasında kısa devre sonucunu doğurur.

ç. Doğrultucunun içinde düşük gaz basıncı gereklidir, tik yapılan dbğrultucularda bir bo şaltma tulumbası yardımı ile düşük gaz basın cı sağlanırdı fakat yeni doğrultucularda yapım tekniği daha ilerlediğinden gaz boşaltılması gerekli olmamaktadır.

d. Iskara için ön gerilim gereklidir.

Y.G.D.A. sistemlerinde cıva buharlı doğrul tucular yerine tiristorlar kullanıldığında yuka rıda sayılan güçlüklerin büyük bir kısmı orta dan kalkar. Tiristorlann cıva buharlı doğrul tuculara üstünlükleri şu şekilde özetlenebilir:

a. Geri tepme yoktur.

b. Daha az bakım gereklidir.

c. Gaz boşaltma düzeneklerine gerek yok tur.

ç. Isınma zamanı yoktur.

d. Tiristorun hacmi cıva buharlı doğrultu ouya oranla çok küçük olduğundan doğrultma ve değiştirme merkezleri daha küçük yapılabi lir.

e. Delyonize olma süresi (2) çok kısadır :

Cıva buharlı doğrultucularda « 200 ^.s

Tiristorlarda

,=. 20 ,,s

f. ömrü sonsuzdur.

Ancak, tirlstorların da bazı mahzurlu yan lan vardır. Bu mahzurlu yanlar Y.G.D.A. sis temleri ile birlikte ileriki bir yazımızda incele necektir.

(2) Anod katod arasındaki gerilimin sıfıra düşme si ile anod katod akımının sıfıra düşmesi arasında geçen zaman.

İLLER BANKASINDAN Bölge Müdürlüğümüz emrinde 4/10195 sayılı Teknik Personel tali matnamesine göre verilecek olan yevmiyesinden aynca mahrumiyet, sey yarhk, şantiye ve ağırlık zamlaranın yekûnu olan 37,— TL. ile çalıştırıl mak üzere 2 adet Elektrik Yüksek Mühendis veya Elektrik Mühendisine ihtiyacımız vardır. isteklilerin iller Bankası 9. Bölge Müdürlüğüne dilekçe ile bizzat mü racaat etmeleri rica olunur.