YÜKEK GERİLİM YERALTI KABLOLARININ YÜKSEK VAKUMDA KURUTULMASI

UDK: 621.315.614:676

Yüksek Gerilim Yeraltı Kablolarının Yüksek Vakumda Kurutulması

CEG BERİCHTE'den özetlenmiştir.

GİRİŞ:

Elektrik enerjisinin elektrikı bakımından izo le edilmiş nakillerle taşınması keyfiyeti elektrik tesislerinin maliyetine tesir eden en mühim faktördür. Bugün elektrik enerjisi (Elektromag netik enerji hariç) ya hava hattı veya kablo şe bekeleri vasıtası ile nakledilebilmektedir. Bugün henüz üçüncü bir hal tarzı bulunamamıştır. Bu itibarla insanlar bütün araştırma güçlerini bu iki nakil tarzını biraz daha ıslâh etmek, sadeleş tirmek ve ucuzlatmak imkânları üzerine teksif etmişlerdir. Enerjinin uzak mesafelere naklinde hava hatlarının kullanıldığı malûmdur. Bu tarz enerji naklinde maliyete tesir eden unsurlar, di rek, izolatör, iletken malzemelerinin evsafı ile güzergâhın, nakil gerilimi ve iletken kesitinin isabetli olarak seçilmesi keyfiyeti şeklinde hü lâsa edilebilir. Enerjinin hava hattile naklinin mümkün olmadığı yerlerde, şehirler dahilinde ve endüstriyel tesislerde yeraltı kablosu kulla nıldığı bir. vakıadır. Memleketimizde elektrolitik bakır tel, izolatör, muhtelif plâstik kablolar imal edilebilmektedir. Fakat henüz memleket çapında yeraltı kablosu imalâtı yoktur. Bu itibarla bu malzemenin teknolojisi hakkındaki bilgi ve gö rüşlerimizi genişletmek ve çok kullanılan bu malzemenin memleketimizde imali imkânlarını araştırmak hususlarının bilhassa memleket eko nomisi bakımından Elektrik Mühendisliği cami asını çok yakından alâkadar edeceği kanısında yım. Bu yazımız imal edilmiş kabloların evsafı nı yükseltmeyi hedef tutmuş olmakla beraber esas gayeye de hizmet edeceği inancı ile hazır lanmıştır.

Bilindiği üzere yeraltı kablolarının iki aslî •izolâsyon maddesi vardır. Biri kâğıt, diğeri yağ dır. Bir yeraltı kablosunun evsafının yüksekliği kâğıt ve yağ izolâsyon maddelerinin dielektrik kayıp katsayılarının küçük ve izolâsyon direnci nin yüksek olmasına bağlıdır. Bu iki maddenin yukarıda zikredilen evsafını bozan en mühim faktörde rutubettir. Bu itibarla bir yeraltı kab losunun evsafının iyiliği ihtiva ettiği rutubet mik darı ile değişmektedir. Bu maksatla bu yazımızda imâl edilmiş bir kablonun yüksek vakumda ru tubetinin nasıl azaltılabileceği ve kablonun evsaf bakımından nasıl bir değişikliğe maruz kalacağı incelenecektir.

Özetleyen: Hüsemettin ATEŞ Y. Müh İller Bankası

İzole Kâğıt Maddesinin Yapısı ve Rutubetin Tesiri : /

Bilindiği üzere kâğıt lifli sellülozık bir yapıya maliktir. Kablo izolâsyonunda kullanılan kâğıdın' menşei — ekseriya — çamdır. Ayrıca Doğu Hin distan'da yetişen ve Manila adı verilen bir bit kinin kökleri de kullanılmaktadır. Yüksek geri lim kablosunda kullanılan kâğıt izolâsyon mad ' desinin kimyevi tesirlerden mutazarrır olmama sı gerektiği gibi emme kabiliyetinin ve mekanik mukavemetinin de yüksek olması gerekmektedir. Kâğıdın gevşek ve makromoleküler bir yapıda olduğu ve bünyesinde açık veya kapalı sayısız boşluklar bulunduğu bilinmektedir.

Kablolarda kullanılan kâğıt izolâsyon madde si şiddetli higroskopiktir; bu sebeple kablonun ih tıva ettiği su muhitin bağıl nem derecesine sıkı sıkıya bağlıdır. Bu itibarla kâğıdın nem derece si muayyen bir müddet sonra muhitin bağıl nem derecesi ile denge haline gelir. Saf sellülozik 0,1 mm. kalınlığında bir kâğıdın bağıl nemi % 50 olan bir ortamda % 9,4 su ihtiva ettiği tespit edilmiştir. Bağıl nem derecesinin % 100 e çıkması halinde su miktarının % 19'a yükseldi ği görülmüştür. Kablolarda kullanılan kâğıt izo lâsyon maddesinin % 3 ilâ % 7 kadar su ihtiva ettiği söylenebilir.

Kâğıdın tamamen kuru haldeki ağırlığına na zaran ihtiva ettiği su miktarı (W), muhit sıcak lığı (t) ve su buharı kısmi basıncı (P) ise

W = f (P, t)

şeklinde umumi bir münasebet tesis etmek ka bildir.

Su miktarı absıse, basınç ordinata taşınmak sureti ile ve (t) sıcaklığı parametre olmak üze re (Şekil: 1) deki eğrileri teşkil etmek müm kündür :

Şekil 1 de de görüleceği üzere sıcaklık sabit kalmak şartı ile buhar basıncının değişmesi ha linde kâğıdın ihtiva ettiği su miktarı sür'atle azalmaktdır.

Kısmi buhar basıncı P, doymuş buhar basıncı Po olduğu takdirde, W = / (P/Po) şeklinde" ikinci bir münasebetin de tesisi mümkündür.

E.M.M. &7

7 *

1»

t•

100 Torr »e

• Buhar hasına P

(Şekil 1) Kağıt izolâsyon maddesinin ihtiva ettiği su miktarının buhar basıcına göre değişimi.

(P/Po) bağıl buhar basıncıdır. Bu takdirde W absise, P/Po ordinata taşınmak* suretiyle (Şe kil : 2) deki eğri elde edilir

y '// / / / V s. V s. **• *, J •

—+.8a§ibuhtr P/A (Şekil • 2) Kâğıt izolâsyon maddesinin ihtiva ettiği su miktarının bağıl buhar basıncına göre değişimi

Görülüyor ki bağıl buhar basıncı yükseldikçe su miktarı da artmaktadır. Bağıl buhar basıncı sıfırdan % 1^0 e yükseltilirken teşkil edilen W = j (P/Po) eğrisi ile bağıl buhar basıncının azaltılması sureti ile teşkil edilen W = / (P/Po) eğrisinin üst üste gelmemesi dikkate değer. Bu durum elektromagnetik olaylardaki histerezis eğrisini hatırlatır Kabloların kurutulması mev zuunda başka çalışmalar da mevcut olmakla bera ber burada bahs'edilmi^ecektir.

Kâğıdın Kurutulması :

Yukarda görüldüğü üzere kâğıdın ihtiva et tiği su miktarı muhitin bağıl buhar basıncına bağlıdır ve bağıl buhar basıncı düştükçe kâğıdın ihtiva ettiği su miktarı azalmaktadır. Ayrıca mu hit sıcaklığının yükselmesi halinde su molekül lerinin hareket kabiliyetlerinin arttığı bir vakı adır. Bu suretle kâğıdın • bünyesindeki suyun su molekülü veya buhar (gaz) şeklinde difüziyon yolu ile tahliyesi de mümkündür. Bu hâdiselerin ışığı altında kâğıdın bünyesindeki suyun tahliye si maksadı ile kullanılabilir bir cihazın imal edilmesi imkân dahiline girer.

Kâğıdın yüksek vakumda kurutulması halinde yüzeyindeki buhar basıncı düşürülebilir. Bu su

E.M.M.'6 T

retle husule gelen basınç farkı tesiri ile kâğıdın bünyesindeki difüzyon hâdisesi hızlandırılır ve bünyesindeki su dışarı atılır.

Bu maksatla geliştirilmiş cihazlar mevcut bu lunmaktadır. Misal olarak bir vakum kazanı ile bir ön vakum pompası ve bir yağ difüziyon pom pasından müteşekkil bulunan Leybolt OT 400 tipi yüksek vakum cihazı zikredilebilir. Böyle bir cihaz ile 10 5 Torr'a ı) kadar düşük basınç elde etmek kabil olmaktadır. Vakum basıncını ölçmek için iyonizasyon manometresi veya McLeod Vakummetresi kullanılır. Mcleod vakum metresi ile çok düşük basınçlar doğru olarak öl çülememekle beraber ortam ısıtılmak sureti ile buhar basıncının yükseltilmesi cihetine gidildiği takdirde kullanılması mümkün olur. İzolâsyon direnci akım, gerilim ölçümü yolu ile, kayıp açısı Schering köprüsü ile tâyin edilir.

Muhtelif Muhit Sıcaklıklarında İzolâsyon Di renci ile Buhar Basıncı Münasebeti :

Yukarda kâğıdın izolâsyon direncinin muhitin buhar basıncına bağlı olduğu söylenmişti. Baş ka bir deyişle kâğıdın izolâsyon direnci ihtiva ettiği su miktarına ve dolayısı ile ortamın muh telif sıcaklıklardaki buhar basıncına bağlıdır. İmal edilmiş 20 ve 30 Kv. luk kablolar üzerinde bu mevzuda muhtelif denemeler yapılmıştır. Kablonun deneme esnasında kazandığı özellikle rin geometrik ölçülerine bağlı olmadığı müşa hede edilmiştir. (Sekil: 3) te 20 Kv. luk bir kab lo üzerinde 36 saat müddetle yapılan yüksek vakumda kurutma ameliyesinde buhar basıncına tâbi olarak izolâsyon direncinin değişimi görül mektedir.

Şekil 3 de görüldüğü veçhile izolâsyon diren ci basınç düştükçe hızla yükselmekte ve 10 1 10 2 Torr. da makimsum değere erişmek tedir. Basıncın düşürülmesine devam edildiği takdirde dahi izolâsyon direnci yükselmeyip tak riben sabit kalmaktadır.

»û

?n

ıs

/

1 as

n il ı1 V * %

w f/l

—f c Buhar hasma

(Şekil 3) Kablo izolasyon direncinin buhar basıncına bağlı olarak değişimi

Kablo gerilimi Kablo uzunluğu Ortam sıcaklığı tşlem süresi

= 20 Kv = 20 m = 90'C — 36 saat (beher basınç kademesinde)

(1) 1 Torr = 1 mm. oiva basıncı

10' w"

tor' m* n* & • Buhar basına

v*

(Şekil : 4) Kablo izolâsyon direncinin buhar basıncına bağlı olarak değişimi.

Kablo gerilimi Kablo uzunluğu Ortam sıcaklığı tslem süresi

30 Kv. 8,25 m. 116» 2 saat (beher basınç kademesinde)

Şekil 3 ve (Şekil: 4) de elde edilen netice ler mukayese edildiğinde beher basınç kademe sindeki işlem süresinin de izolâsyon direncinin değişmesine bariz bir. tesir icra etmediği görül mektedir. İkinci işlemde de 1(M ve 10 2 Torr civarında kablonun en büyük izolâsyon direncine eriştiği müşahede edilmektedir.

m J0

IH

«T» İO1' V* Iff* Jbrr O* —+ &JKB basma (Şekil: 5) 30 ve 20 Kv. luk kablolarda özgül izolasyon direncinin buhar basıncına tâbi olarak değişmesi

Muhtelif gerilimli kablolar üzerinde yapılan deneylerden elde edilen neticelere göre (Şe kil : 5) teki grafik elde edilmiştir. Özgül izolâs yon direncinin buhar basıncına bağlılığının ay nı oluşu dikkate değer. Daha yüksek gerilimde kullanılan kablolarda (Meselâ: 132 Kv.) yapılan deneylerde dahi benzer neticeler elde edilmiş tir. Ayrıca kablo özgül izolâsyon direncinin sabit buhar basıncı altında sıcaklığa bağlı olarak de ğişimi incelenmiş ve bulunan neticeler (Şe kil : 6) da gösterilmiştir. Özgül izolâsyon diren cinin sıcaklık değişimine bağlılığı diğer izole maddelerde olduğu gibi üstel bir fonksiyona gö re değişmektedir.

Dielektrik Kayıp Katsayısının Buhar Basın cına Bağlılığı:

Kablo izolâsyon maddesinin 50 Hz. de ve or tam sıcaklığı sabit tutulmak sureti ile muh

Oca.

t

.ı

V \

W » K 100 VO 120 K HÛ * Sıcaklık (Şekil 6) 30 Kv luk bir kabloda sabit buhar basıncında özgül izolâsyon direncinin sıcaklığa bağlı olarak değişimi telif buhar basınçlarında kayıp katsayısı deney sel olarak ölçülmek sureti ile (Şekil: 7) ve (Şe kil : 8) deki eğriler elde edilmiştir. y

V,

w' n* w4 v* ur' »•* n* —*• Buhar boşu»

(Şekil . 7) Kayıp açısının buhar basıncına tâbi olarak değişimi

= 20 Kv. = 50 Hz = 90' C

= Uzun

Şekildende görüleceği üzere 101 ilâ 10° Torr civarında kayıp açısı hızla azalmaktadır. 10"1

Torr. dan itibaren de takriben sabit kalmaktadır.

OQCS

30 W «st

o.a

• o w ] —p ^

• 20 «f 901

«' M* W «T* UT3 W* Tbrr W * —*• Buhar basma

(Şekil • 8) Kayıp açısının buhar basıncına bağlı olarak değişimi.

= 20 Kv = 50 Hz. = 90'C ve 116'C = Kısa

Kısa süreli deney ile uzun süreli deney ne ticesinde elde edilen değerlerin birıbirıne uy gunluğu dikkate değer. Buda ortamın buhar basıncı ile izolâsyon maddesinin ihtiva ettiği su miktarının kısa zaman zarfında denge haline gel diğine delâlet etmektedir.

Dielektrik Sabitin Ortamın Buhar Basıncına

Bağlı Olarak Değişimi :

Ortamın buhar basıncının izolâsyon maddesi nin dielektrik sabitine etkisi (Şekil: 9) da gös terilmiştir Dielektrik sabitin 1 Torr. dan itiba ren takriben sabit kaldığı görülmektedir

Netice olarak görülüyor ki takriben 10 1 ve 10 2 Torr. civarında izolâsyon maddesinin ihtiva ettiği rutubet miktarı ile ortamın buhar basıncı (rutubet minimum olacak tarzda) denge halin de bulunmaktadır Bu sebeple izolâsyon kabili yetinin ıslâhı hususunda yapılan işlemin uzatıl masına ve basıncın daha çok düşürülmesine pra tik olarak lüzum kalmamaktadır. Ayrıca bu ame

ıŞekil

ıo* 10° tP V* a* «r* —m Buhar hasına

9) DıelektriK sabitin buhar basıncına göre değişimi

Kablo genlımı Frekans Deney süresi

= 20 Kv. = 50 Hz = Devamlı

liye neticesinde yağın bünyesindeki artık gaz habbecikleri de bertaraf edildiğinden izolâsyon kabiliyeti yükselmekte ve gaz habbeciklerinin izolâsyon bakımından zararlı tesirleri de berta raf edilmektedir. Bu suretle elektrik enerjisi naklinde mühim bir yer işgal eden yeraltı kab lolarının imal edildikten sonra dahi evsaflarının ıslah edilmesi kabil olmaktadır.

UDK : 621.311.42

Açık Havada Tesis Edilen Metal Muhafazalı Trafo Tesisleri

Son senelerde Avrupa'da orta gerilim şebe kelerinde 6 ... 20 kV ve 1000 kVAya kadar trafo postalarının dahili ve harici tiplerinin yanında bir de metal muhafazalı tip inkişaf ettirilmiştir. Başlangıçta oldukça tereddütle karşılanan bu ye ni tip evvelâ çok küçük merkezler için kulla nılmış ve yüzlercesinin işletme tecrübelerinin müsbet oluşu, daha büyük güçler için. bu, tip postalar inşasına yol açmış ve bugün yukarda ki gerilim ve güçte metal muhafazalı tip bina tipi postanın yerini almıştır.

Bina tipi istasyonlara alışmış olan işletmeci dahili tip âletleri sadece bir metal muhafaza içi ne alıp açık havada tesis etmek fikrine başlan gıçta itiraz etmiştir. Sebep olarak da rutubetin kolayca metal muhafaza içine nüfuz edeceği ve su damlacıkları halinde dahili tıp âletlerin soğuk satıhlarında, ' izolatörlerde yoğunlaşacağı ve in ce tozlarla beraber izolatör yüzeyinin kirleneceği ve atlama yapacağı ileri sürülmüştü. Böyle olun ca metal muhafaza içme izolâsyon seviyesi dahi li tipden yüksek ve fakat harici tipden düşük

E.M.M. 67

Yazan:

Nevvar SÜNNETÇİOĞLU Y . Müh. E.Î.E.

izolatör ve buşing kullanmak mecburiyeti orta ya çıkacaktı. Bu da arzu edilmeyen bir şeydir. Bu sebeple bir cesaret gösterilerek metal muha faza içine dahili tip âletler konmuş ve elde edi len tecrübeler endişelerin yersiz olduğunu gös termiştir. Kusursuz bir konstrüksiyon ve metal muhafazanın temellere montajı iyi oldukça, içer deki atmosferik şartlar bina dahilindeki kadar iyidir. Dahili tip postalardan metal muhafazalı postalara gidişin sebebi ne olabilir?

^Birinci nokta trafo postalarının ilerdeki tevsi problemidir. Herhangi bina tipi trafo merkezi nin tesisinde bina, ilerdeki inkişaf ve tevsi ih timali gözonüne alınarak inşa edilir. Bu lüzumu kadar yedek boş hücre bırakılması, binanın ona göre geniş tutulması demektir. Bu ise ölü bir kapitaldir. Tevsi tarihine kadar başka bir yerde kullanılması mümkündür. Ayrıca tahmine daya nılarak ' bırakılan boş hücre sayısı, tahminin üs tünde bir inkişaf halinde kâfi gelmeyip müsta kil yeni fider tesisi imkânsız hale girebilir. An kara şebekesinde bu durum birçok yerlerde vu