PANYOĞRAF TİPİ SEKSİYONERLERE TESİR EDEN ÇEKME KUVVETLERİ

U D K : 621.316.5

Pantograf Tipi Seksiyonerlere Tesir Eden

Çekme Kuvvetleri

Yazan: K. KÖTTL

Çeviren: Necdet ÖZGEN

Y. Müh. Etibank

Elektrik santralları güçlerinin devamlı bir şe kilde artması ve elektrik şebekelerinin enterkonek te şebeke sistemine doğru hızlı bir gelişme göster mesi sebebiyle mevzubahis şebekelerde hasıl ola cak kısa devre akımları da tabiî olarak artmakta dır. Bu akımların tevlit ettiği elektrodinamik kuv vetler akım şiddetinin karesi kadar arttığından te sisatın muhtelif yerlerinde mekanik zorlama kuv vetlerinin büyük bir hassasiyetle etüd edilmesi gerekmektedir.

Kuplaj edilmiş elektrik şebekelerinin iyi bir şekilde çalışmasında seksiyonerlerin tesiri tasav vur edilemiyecek kadar önemli olduğundan yüksek gerilim tesislerinde husule gelen zıt kuvvetlerin hususi olarak etüd edilmesi faydalıdır. Yukarda zikredilen kuvvetlerin tetkiki için en uygun yer demet iletkenin pantograf (kıskaç) tipi seksiyo nerlerin izolatörlerine direkt olarak tespit edildiği yerlerdir. Zira bu noktalarda izolatörler iletkenin kendi ağırlığından ve gerilmesinden husule gelen çekme kuvvetlerine maruz kalmaktadır.

İzolatörler kısa devre müddetince aşağıdaki kuvvetlerin tesirlerine maruz kalırlar: (Şekil 1).

1) Akım yolunun teşkil ettiği açıya tabi olan kuvvet,

2) Komşu fazların etkisinden husule gelen kuvvet,

3) Aynı demetteki iletkenlerin karşılıklı çekme kuvveti.

Biz şimdi (3) kuvvetini inceliyeceğiz :

Misâlimizde sadece iki paralel iletkeni haiz demeti nazarı itibare alacağız. Fakat tatbik edilen metod büyük sayıda paralel iletkenli demetler için carîdir.

İçinden aynı yönde akım geçen münferit ilet kenlerin teşkil ettiği demet, daimi mütüel çekme kuvvetine tabidir. Bu çekme kuvveti ve her bir ilet kenin iki ayırıcı kuşak (Çelikten çember veya de mir) arasında yatay plânda teşkil ettiği eğri, de

Şekil • 1 — Seksiyoner izolatörlerine tesir eden çekme kuvvetinin teşekkülüne ıştirdk eden çeşitli elektrodinamik kuvvetler : 1. Akım geçiş yolunan açışından meydana gelen çekme ve eğme kuvveti. 2. Komşu fazlar etkisinden husule gelen kuvvet 3. İki ayırıcı kuşak arastndaki aynı demetin kabloları arasında karşılvkh çekme kuvveti

Elektrik Mühendisliği 85_

met iletkenin boyunu kısalttığından sehim azal maktadır. Netice itibariyle; bununla ters orantılı olan mekanik gerilme ve izolatör üzerindeki eğil me kuvveti artmaktadır.

Mütüel çekme kuvvetlerinin hesaplanabilmesi için bazı basitleştirmeler yapmak icab eder. Me

k = bir faktör (Bu faktör bir noktada tatbik edilen kuvvetin bütün iletken boyunca dağılmasını ifade eder).

i (t) = kısa devre anında demeti teşkil eden iletkenlerin herbirinde dolaşan akım.

Şekil: 2 — Bir demetin iki kablosu arasında P (t) elektrodina mik küvetinin hesaplanması Üstteki resim : Poligonal hata ben zetilen demeti göstermektedir Alttaki resimde AC parçasının (m)

kütlesinin ağırlık merkezi (B) noktasında toplandığı düşünülmektedir

selâ : parabolik kablo eğrisi şekil 2 de görüldüğü gibi tepeleri parabol üzerinde bulunan açık çok gene irca edilebilir. Çokgen şeklindeki hattın kö şelerine tekabül eden noktalarda demeti teşkil eden iletkenlerin birbirine temasını önlemek için birer ayırıcı kuşak yerleştirilir. îki ayırıcı kuşa ğın sınırladığı bir iletken parçasını ele alalım. Bu parçamn (m) kütlesinin B ağırlık merkezinde top landığını ve bu merkezin hareketi neticesinde A, B ve C noktalarında şiddetli bir eğilme kuvveti husule getirdiğini düşünelim. Eğilme kuvvetinin meydana getireceği deformasyonu ihmâl etmek su retiyle ağırlık merkezinin hareketi için aşağıdaki deferansiyel denklem tatbik edilebilir.

R (y) zıt kuvvetinin değerlendirilmesi büyük güçlükler arzeder.

R (y) = f (8,y) şeklinde ifade edilebilir

8 = gerilmeden mütevellit zorlama olup sehim ve menzile tabidir, menzil ve sehim de ağırlık mer kezinin yatay düzlemde (y) deplasmanının birer fanksiyonudur. Kablonun uzaması da nazarı itibare alınacak olursa aşağıdaki denklemin neticesi S yi verir.

Burada (b) ve (c) deplasman' (y) nin birer fonksiyonudur.

d2y m

Birinci terim :

p (t) + R (y) = o d2y ivmesini temin için (m)

kütlesine tatbiki gereken kuvvettir. Burada (y) yatay düzlemdeki deplasman'dır.

İkinci terim : Akımdan dolayı husule gelen P (t) kuvveti olup Biot Savart teorisine göre aşa ğıdaki şekilde ifade edilebilir.

Itot P (t) = 2,04 x 10 2 X i2 (t) X d (i: kA cinsinden)

k X n+1

]tot = iletken boyu (takriben menzil uzunlu ğuna eşittir)

d = demet iletkenler arasındaki mesafe

n = Ayırıcı kuşak adedi

Şekil — 3 (n) nın muhtelif değerleri için 8 = f(y) eğrilerini göstermektedir.

1 Seksiyoner izolatörlerinin üst kısmındaki kuv vetlerin hesabedilebilmesi için evvelâ kablo geril mesini bulmak lâzımdır.

Bu da diferansiyel denklemin çözülmesiyle mümkün olur. R (y) ifadesinin kompleks oluşu analitik yolu ile çözüme imkân vermemektedir.

Başlangıç şartları:

dy

t = o için y = o,

=o

dt

Ayrıca seriye açmak ve bazı tatonmanlardan istifade etmek tavsiye edilir.

Değerler belirtilip her terim (m) kütlesine bölündüğünde akım fonksiyonunun teriminin (n) ayırıcı kuşak sayısına tabi olmadığı görülür. Buna mukabil mevzu bahis terim kablolar arasındaki

Elektrik Mühendisliği 85

1 . 1/

**/

D Tl

VI

//

/1

1 ~J_ j

,

u / ^I

0,03 0,04 0,06 0,00 " 0 , 1 0 0,12 0, 14 o,ıc o,ıa m

Şekil : 3 — Muhtelif (n) değerleri için, çekme zorlamast g (kg/mm*) nm kablo deplasmanı v (m) güre değişimi.

mesafe ve kablo kesitleri ile ters orantılıdır. R(y)/m kuvvetine irca edilmiş zıt kuvvet (n + I ) 2 kadar artar. (Burada (n) iki seksiyoner arasındaki ayırıcı kuşak sayısıdır). .

Yukarıdaki diferansiyel denklemin genel hal deki çözümünün güç ve uzun oluşu sebebiyle daima özel hallerdeki çözüm cihetine gidilmektedir. Bun dan dolayı etüdümüz aşağıdaki cetvelde verilen ka

rakteristiklere göre yapılmaktadır. Bu karakteris tikler şekil 3 deki eğrileri veren değerlerdir. Baş langıçta kısa devre akımının alternatif bileşeni için Ic = 30 KA alınmakta olup bu akım gayri müsa it hallerdeki asimetrik akıma tekabül etmektedir. Doğru bileşenin amortisman zaman sabitesi T = 40 ms. alınmış olduğuna göre, takriben 200 ms. doğ ru bileşenin tamamiyle yok olduğu görülür.

SOOO

V

•\ \ \

\t

S

20oo

2\

•IH

S;"

şekil: 4 — Ic=30 kA. için seksiyoner izolAtörlerine tesir eden kuv vet. 1 No lu eğri, Z = / (n) 2 No lu eğri : Aynı kuvvet fakat bun da im) kütlesinin dikey hareketi nazarı ıtibare alınmıştır.' Taran mış bölge ekonomik konstrüksiyonuna tekabül etmektedir. Şekil de görüldüğü fftoi dikey hareketin ihmal edilmemesi icabetmektedir:

24.

Blşktrik MühenclişlifcJ • 88_

Seksiyoner izolatörlerine tesir eden kuvvet lerin maksimum değerleri şekil 4 (1 nolu eğri) de (n) fonksyonu ile gösterilmektedir. Şekilde gö rüldüğü gibi (n) nın büyük değerlerine kablonun büyük gerilme değerleri tekabül etmektedir. Ne tice olarak kablo geriliminde ağırlık merkezinin yalnız yatay olarak değil; aynı zamanda dikey isti kamette hareket ettiği anlaşılır.

Halbuki bu son hareket diferansiyel denklem de nazarı itibare alınmamıştı Evvelce yapılmış olan tatonman (n) nın küçük değerleri için şaya nı kabuldür. Zira bu gibi durumlarda yatay hare ket dikey hareketten daha önemlidir. Fakat (n) arttığı taktirde yukarıda bahsedilen birinci hare ket uzalır ikinci hareket ise artar.

Baralar, seksiyoner izolatörlerine resbit edilmiş çeilk çekir dekli (240/40) iki adet alüminyum kablodan yapılmıştır.

Menzil: 15 m.

Kablonun özgül ağırlığı 3.42.10 3 kp/m. mn2

0 C°. de çekme zorlanması 0,32 kp/mn2

Kablolar arası: 0,4 m.

0 °C.de sehim: 0,3 m.

Kablonun Young modülü E = 7500 kp/mn2

Zorlamanın hakiki değerini bulabilmek için diferansiyel denkleme dikey harekete tekabül e den bir terim ilâve edilmelidir. Fakat bütün ağır lık merkezleri bu hareketi aynı derecede yapma dıklarından (meselâ : ortadaki merkezlerin dep lasmanı kenardakilere nazaran daha fazla"dır). Or talama bir değer_kabûl etmek .icabeder..Görülüyor ki hesap çok zorlaşmaktadır.

Dikey hareketler nazarı itibare alınarak n = 10 değerleri için hesaplar yapmak suretiyle şekil 4 deki 2 No. lu eğri elde edilmiştir. Elekto dinamik kuvvetlerin mevcut olmaması ve (n) nın sıfıra yaklaşması halinde (z) değeri gittikçe büyü yerek asimtotik bir değere erişir ki bu da hesabın doğruluğunu gösterir. Hakikatte (n) sayısının sonsuz olması halinde elektrodinamik kuvvet sı fır olmaktadır Zira (n), elektrodinamik kuvveti nötralize eder (n) ayrıcı kuşak sayısı azaldıkça di key ve yatay hareket ayni büyüklükte olacağın dan şekil 4 neki 2 No. lu eğriye yaklaşır. Deme tin iletken sayısı arttıkça kablo gerilmesi ve do layısiyle seksiyoner izolatörlerinin kopma azala caktır. Kısa devre alternatif akımının başlangıç değeri 30 kA iken n = 10 değerinden , itibaren

hasıl olan çekme kuvveti kabul edilecek sınır larda kalmaktadır. Büyük çekme kuvvetlerinde izolatörler, yüksek bir darbenin tesiri altında kal maktadır. Netice itibariyle bu kabil tesisler her zaman için büyük bir kısa devre akımına maruz durlar. Bazı değişikliklerle yukarıda bahsolunan mahzurlar giderilebilir. Meselâ: Barlar yerine demet iletkenler kullanmak ve bunları direkt ola rak, seksiyonerlere tesbit etmek. Bu durumda bi rer metre ara ile ayırıcı kuşak koymak icabeder. Diğer taraftan kablo arası mesafe arttırıldığı tak tirde hasıl olan kuvvetler de azalır. Başka bir hal çaresi de kablo aralarını mümkün mertebe azal tıp ayırıcı kuşağı tamamiyle ortadan kaldırmaktır. Bu halde kabloların birbirine sürtünmesi mevzu bahis olup, izolatör mesnetlerine tesir eden kuv vet, normal haldekinden pek az farklı olacaktır Demet iletken kullanmak suretiyle bir ıslahat ya pılmış olmakla beraber iletkenlerin birbirine yak laşmasından ötürü alan dağıtımının azalması se bebiyle ıslahatın temin edeceği fayda bariz şekil de azalacaktır. Yukarıda belirtilen çareler az bir masraf ve emekle izolatör mesnetlerinin zorlanma sını mühimlenecek bir şekilde azaltır.

Elektrik.Mühendisliği 85