DEMETLENDİRME İLE ENERJİ NAKİL HATLARININ YÜK TAŞIMA KAPASİTESİNİN ARTIRILMASI

Demetlendirme İle Enerji Nakil Hatlarının Yük

Taşıma Kapasitesinin Arttırılması

Mustafa N. FARLAR (*)

Giriş

Kalkınan Ülkelerde, elektrik enerjisi tüketimi çok büyük bir hızla artmaktadır. Türkiye'de de elektrik enerjisi tüketimi her altı senede iki misli olmaktadır. Bu hızlı artış bir çok problemler ortaya çıkarmaktadır. Bu problemlerden ilki kullanılan enerji iletim hatlarının kapasitelerinin zaman zaman arttırılmasıdır. Gelecekteki enerji ihtiyacını karşılayacak şekilde iletim şebekesi kurmak yüksek maliyet sebebiyle çok ender olarak mümkün olmaktadır.

leletllen bir hattın taşıma kapasitesinin zamanla yetersiz olması aşağıdaki sebeplerden dolayı olabilir.

a. Termik Sınır : iletkende akımın yoğun luğu çok artacak olursa, malzemenin bozulması tehlikesi olduğu gibl.hattın senimi normal sınır lar dışına çıkacak şekilde artar.

b. Stabilite : Buna tesir eden diğer faktör ler varsada en önemlisi hattın seri empedansıdır.

Eğer bir hattın termik sınırına erlşilmişse aşağıdaki şıklar çözüm olarak kullanılabilirler.

1. Kurulu hatta paralel yeni bir hat kurmak. 2. iletken olarak kullanılan bakırın mikta rını arttırmak Bakırın miktarını arttırmak iki yolla mümkündür : a) Daha büyük iletken kullanmak.

b) Kullanılan iletkeni demet iletken haline getirmek.

Demet iletkenler genel ollarak çok yüksek gerilimlerde kullanılırlar. Bunların kullanılmasındaki gaye hattın endüktansını azaltmak, kapasitansmı arttırmak ve korona kayıplarını azaltmaktır.

Türkiye'de şimdilik kullanılan en yüksek iletim gerilimi 154 kV'dur ve Türkiye daha önce bahsedilen, hatların artan enerji ihtiyacını taşıyamaması problemi' ile karşı karşıyadır. Bu çalışmada, bahsi geçen problemin çözümü için demet iletkenlerin kullanılması etüd edilmiştir.

Teori : Çalışmada önce demet iletkenlerin resistans" ve kapasitanslarının teorik hesapları incelenmiştir.

Resistans, Endüktans ve Kapasitans ifadeleri aşağıda gösterilmiştir, l, 2, 3.

Metanet ÇULTU (**)

Ohm ............................... (1) R=

10-fl

C=

farad/m

(2)

r'/n . gn-l/n 18 in

L = 2 .10-7. in r'1/". s"-1/"

Henry/m (3)

Bu ifadelerde : R, = demet iletkeni meydana getiren elemanların tek başına sahip oldukları direnç, n = demet iletkendeki iletken sayısı, d = fazlar arasındaki eşdeğer açıklık (equıvalent spacing)

s = demet iletkendeki bir elemanın diğerine olan geometrik ortalama uzaklığı, r = demet lletkenimeydana getiren elemanlardan birinin yarıçapı, r' = demet iletkeni meydana getiren elemanlardan birinin kendi geometrik ortalama yarıçapıdır, (geometrik mean radius)

UYGULAMA :

Demet iletken teorisinin tatbikatı için Ankara

- Kırıkkale arasındaki hat seçilmiştir. Hattın

uzunluğu 64,2 km olup hatta tam çaprazlama

(transpositlon) yapılmıştır. Hatta 4 cins direk

kullanılmış olup bunlardan T tipi normal taşıyıcı

(suspenslon) direği hesaplarda referans olarak

kullanılmıştır.

Hat çift devrelidir. Kullanılan iletken 795000

circular milis ACSR dir. (çelik çekirdekli alüminyum iletken)

Ankara - Kırıkkale arasındaki hat aşağıdaki

beş ayrı durum için incelenmiştir.

a. Tek devre

b. Demet iletkeni! tek devre

c. Demet iletkeni! tek devre (özel hal)

d. Çift devre

e. Demet iletkenll çift devre

^^

Bu durumlardan her biri ayrı ayrı incelenmiş

ve hat sabiteleri ile A, B, C, D parametreleri

hesaplanmıştır. Neticeler Tablo 1. de gösterilmiştir.

(») O.D.T.U. Mühendislik Fakültesi Dkanı. (**) O.D.T.Uv Mühendislik Fakültesi Elektrik Mühendislik Bölümü öğretim üyesi.

TABLO: l Kırıkkale - Ankara 154 kV yüksek gerilim hattının kapasitesini artırmak Uçta düşünüleri çeşitli değişikliklerin mukayeseleri

Tek Devre Demet ilet. Tek Demet ilet. Tek Çift Devre Demet iletkenll

Dev. (öz. hal)

RESÎSTANS (Ohm) Endüktans (henry) Kapasltans (Mikrofarad)

A

B

C

5.136

0.0785

0.603 0.9977 25.2|78° 190x10-8 |Qtı° 0.9977

0.0574

0.814 0.9977 18.2 |82° 256xlO-e(90° 0.9977

Performans Hesapları :

Tablo : l de elde edilen değerler kullanılarak beş ayrı durum için performans hesapları yapılmıştır. Hattın bağı ve sonundaki güç daire diyagramları (Sending end ve receiving end power circle diagrams) çizilmiştir. Bu hesaplarda kullanılan değerler Etibank'ın işletme tecrübesi- ile. elde edilen değerlerdir. Bunlar aşağıda gösterilmiştir.

1.284

0.0637

0.0417

0.0363

0.735 ,0.9976 20.8 |82° 230 x 10-o |90° 0.9976

1.13 0.9977 13.2 |79° 355 x 10-a |90° 0.9976

1.285 0.9977 11.4 |83° 404x10-8 |90° 0.9977

Kırıkkale ucu voltajı Ankara ucu voltajı iletim açısı «Transmission Angle» Başlangıç ucu güç faktörü «Sending end pcAver factor>

164.8 kV 160.5 kV

16°

0.96

Performans hesaplarının sonuçları Tablo : * de gösterilmiştir.

TABLO: 2 Ankara - Kırıkkale 154 kV luk yüksek gerilim şebekesi kapasitesinin arttırılması için yapılacak tadilâtlar ve bunların her biri için hattın işleme özellikleri

Demet ilet. Demet ilet. Tek Çift Devre Demet iletkeni!

Tek Devre (özel hal)

Hat sonu «Receiving end> merkezi. (MVA , olarak)

Hat bağı «Sending end> merkezi (MVA olarak)

Dairelerin yarıçapları (MVA olarak)

Gönderilen hakiki güç (MW)

Gönderilen reaktlf güç (MVAr)

Alman aktif güç (MW)

j^BTan reaktif güç (MVAr)

1020 102°

1076 102°

1050 59 19 57 15

1415 68°

• 1490 98°

^1450 91 28 89 21

Çözümlerin stabilite özellikleri :

Demet iletkeni! tek devre çözüm şekli ile çit t devre durumu mukayese-edilmiştir. Bu amaçla, Ankara Kırıkkale hattı ' üzerinde üç faz ile toprakarası kısa devre durumunda geçici rejim

1235 98°

1950 101°

2260 |97°

1305 98°

2050 | 101°

2380 |97°

88 '

stabilitesi (transient stability) yönünden özellikler karşıiaştınlniıştır. Bu amaçla salınım denklemleri (Swlng Equatıon) IBM 1620 Elektronik Hesap Makinası kullanarak çözülmüştür.' Yapılan hesaplar adı geçen hat üzerinde 3faz toprak

Elektrifc Mühendisliği 127

arası kısa devre arızası için demet iletkenli tek devreli hattın stabll olmadığını , çift devreli hattın iss stabıl olduğunu göstermiştir. Yapılan hesaplarda istanbul ve Batı Anodolu sisteme Adapazarı'nda bağlanan sonsuz bir bara olarak gösterilmiştir. Çatalağzı, Hirfanlı, Sayıyar, Ankara ve Adapazarı'nın her ıkı çözüm şekli için durumları grafik olarak şekil l ve 2 de gösterilmiştir.

Çözüm şekillerinin ekonomik mukayeseleri • Bu çalışmada çift devreli hatla, demet iletkenli tek devreli hat ekonomik bakımdan mukayese edilmişlerdir. Her iki halde de aynı cins iletken kullanıldığı için nakil yönünden fiat farkı yoktur.

Izalatör yönünden demet iletkenli tek devre, çift devreye göre daha ekonomiktir. Çünkü ikincinin izalatör sayısı birincinin iki mislidir. Hırdavat bakımından ise demet iletkeni tek devre, çft devreye nazaran daha pahalıdır. Ikı çözüm şeklinin Ankara - Kırıkkale hattı içiin fiat karşılaştırması Tablo 3. de gösterilmiştir.

TABLO: 3

Ankara - Kırıkkale arası hattın çift devre vB

demet iletken] l tek devre yapılması

hallerinde maliyet mukayeseleri

Normal Çift Demet iletkeni!

Direkler izolatör

Klemens Spacer - ayn tutucu Uzatma Çubuğu

4.690 000 340 000 57240

— —

2.885850 170 000 57240

60000 28620

5.037 240 TL. 3.201 710 TL.

Tabii : 3. de yapılan mukayeselerde direk farkları nazarı itibare alınmazsa çift devre ile demet iletkenli tek devre hat arasında sonuncunun lehine 81.380 TL. bir avantaj elde edilebilecektir. Ancak, bu hattın ileride demet iletken şekline konularak kapasitesinin artırılabileceği düşünülerek yapılması halinde önemli tasarruflar mümkün görülmektedir. Nitekim misalimizde adı geçen şekilde tasarruf 2 milyon TL. yaklaşmaktadır.

Sonuç :

Ankara - Kırıkkale Hattının demet iletken şekline çevrilmesi halinde aşağıdaki sonuçların elde edileceği anlaşılmaktadır.

I. Elektrik! Bakımdan :

ı. Tek devreyi demet iletken haline getirmekle hattın yük taşıma kapasitesi % 50 artmıştır Kullanılan bakır bir misli artırılmıştır.

ıı. Demet iletkenli özel tek devre elektriki bakımdan fazla bir avantaj sağlamamıştır. Bu

tip, hattın güç taşıma kapasitesini tek devreli sisteme göre % 47 artırmıştır. Kullanılan bakır bir misli arttırılmıştır, m. Çift devre, hattın güç taşıma kapasitesini tek devreye göre % 90 arttırmıştır Kullanılan bakır bir misli arttırılmıştır, iv. Demet iletkeni! çift devre, hattın güç taşıma kapasitesini % 160 arttırmıştır. Kullanılan bakır üç misli arttırılmıştır. Bu neticeler güç taşıma kapasitesi yönünde demet iletkenli çift devre kullanmanın en iyi çözüm olduğunu göstermektedir. Kullanılan bakır artışına göre ise çift devre daha uygun görülmektedir.

2. Stabilite Yönünden :

IBM 1620 Sayısal Hesaplayıcı kullanarak yapılan geçici rejim «transient» stabilıtesi etüdü, çift devreli hattın demet iletkenli tek devreli hattan daha iyi çalışmaözelliği gösterdiğini ortaya koymuştur. Bu beklenilen neticedir. Çünkü bir arıza anında demet iletkenli tek devreli hatta güç akışı durur. Çift devreli hatta ise durum böyle değildir. Devrelerden birinde arıza olsa diğer devreden yük akışı devam eder. Bu özellik aynı zamanda çift devreli hattın daha güvenilir olduğunu göstermektedir.

3. Ekonomik Yönden :

ı. ilâve iletken, özel hırdavat istemesi bakımından demet iletkenli çift devre incelenen durumlar arasında en pahalı olanıdır, n Çift devreli hat, demet iletkenli tek devreli hatta göre daha çok yatırım yapılmasını gerektirmektedir.

Etüd edilen dört ayrı durumdan demet iletkenli hattın en ekonomik olacağı ortaya çıkmaktadır. Proje mühendislerinin kesin tekliflerinre bu gibi durumlar ayrı ayn etüd ederek en ucuz çözümü bulmaları uygun olacaktır.

Referanslar :

1. Mehmet Çultu, Conversion of transmission lines from Conventional to Bundle operations. M.S. Thesis Dr. Mustafa N. Parlar tarafın dan yönetilmiştir. O.D.T.U. Haziran 1966.

2. Mustafa N. Parlar The properties of Bundle Conductors and the electric fields near the system. Habilitasyon tezi O.D.T.U. 1963.

3. B.L. Lloyd, C.A. De Salvo Formulas for trans mission ime Constant of Bundled Conduc tors. Elec. Wold July 9. 1956 pg 106.

4. F.W. Shaw New 161 kV line is adaptable to Bundling Elec. Wold June 8, 1959 pg 65 - 66

5. Sandel, Shealy, Whlte, Bibliography on Bund led Conductors IEEE Transc Power Apparatus and Systems Dec. 1963.

ADAPAZARI

SEKİL. 1_ANKARA-KIRIKKALE TEK DEVRE DEMET İLETKEN a -r -» y» •»ı c» », < j 5* vı ^

(Derece)

so

40 30 İQ İO

0.1

0.3

9o

tıo

AKKOPRÖ

ADAPAZARI to

SARİYAR

0.5

0.6

0-7

0,8

ŞEKİL. 2- ANKARA- KIRIKKALE ÇİFT DEVRE YÜKSEK GERİLİM HATTİNİN SALINIM EĞRİLERİ.