ÜÇ FAZLI ALTERNATİF AKIM SİSTEMİNDE ŞARJ VE TOPRAK KISA DEVRE AKIMLARI

Uç fazlı alternatif akım sisteminde şarj ve toprak kısa devre akımları

Toprakla bir kutup arasında herhangi bir şekilde bir izolasyon bozulması vuku buldu ğu takdirde toprak temasları meydana gele cektir. Bu izolasyon bozulması, hatlarda (havaî hatlarda veya kablolarda), makina klemenslerinde, makina sargılarında yahut transformatör sargılarında vuku bulabilir, mevzuabhis izolasyon bozulması yıldız nok tasına ne kadar yakın husule gelirse, işletme üzerinde tesiri de o kadar cüzi olur.

Üç fazlı sistemlerde umumiyetle aşağı daki toprak temas halleri ile karşılaşılır:

1 — İzole edilmiş yıldız noktalı şebeke lerde veya, bir indüktif direnç üzerinden topraklanmış (söndürme bobinli) şebeklerde tek kutuplu toprak teması mevzubahis ola bilir. Yıldız noktası direk topraklanmış şebe kelerde ise tek kutuplu bir toprak temasına toprak kısa devresi diyeceğiz.

2 — Diğer bir hal ise iki kutuplu toprak teması veya çift toprak temasıdır. Bu da bir kısa devre tipidir, yukardakinden farkı ise toprak temasının iki fazda ve ayrı yerlerde vuku bulmasıdır. Bu halde ikinci toprak te ması şebekenin başka bir hattında da vuku bulabilir.

Bir, çift çok kademeli toprak irtibatının ayni yerde husule ge'mesi ile bu hpt siste minde ve o yerde iki yahut çok fazlı tosa devre vuku bulmuş olur. Herhangi bir faz toprakla direk temas ettiği zaman, burada metalik kısa devre vuku bulmuştur de nir. Buna mukabil arklı toprak teması da vu ku bulabilir, bu halde bir geçiş direnci mev zubahistir ve bu direnç te ark direncidir.

Tabiatiyle bütün toprak temasları elek trik tesislerinin işletmesinde tehlike arzet mektedirler. Toprak teması vuku bu'unca, te şekkül eden ark anza mahallinde tahribat ya par." Ayrıca sağlam fazların toprağa karşı ge rilimlerinin yükselmesini intaç ettireceğinden müteakip tahribata sebebiyet verecektir. Hattâ hatlardan akan toprak temas akımları, yük durumu dolayısiyle, başka bir kısımda ar

Ihsan TUNCAY

T. Müh.

zu edilmeyen bir şalterin açmasına da sebep olabilirler.

Toprak kısa devresinin yarattığı tehlike lerin önüne geçmek için tamamen ortadan kaldırılması düşünülemezse de, zayıflatmak ve tahdit etmek çareleri vardır. Bunun için şebekenin uygun bir noktasına meselâ, tra fo istasyonlarında ve kuvvet santrallannda makina ve trafoların yıldız noktalarına en düktif bir direnç (söndürme bobinleri) vaz edilebilir. Topraklamalarda bu bobinler üze rinden yapılır. Söndürme bobinleri kısa dev re halinde, kapasitif toprak temas akımları nı, endüktif akımları ile kompanse ederler. Bu1 suretle kısa devre noktasında kısa bir zaman için ancak artık bir akım akabilir. Artık akımların büyüklüğü tabiatiyle kom panzasyonun mükemmeliyetine bağlıdır.

Enerji nakil hatlarında her hattın topra ğa karşı olan kapasitesine Ce diyelim. Hatla rın birbirlerine karşı olan kapasitelerine de Cı2 diyelim.

Toplam kapasiteye işletme kapasitesi di yelim ve Cb ile gösterelim. Bu halde :

Cb

Ce + 3 C, olacaktır.

Yüksek gerilim enerji nakil hatlarında ve takriben 30 kV a kadar,

Cb •= 0,0085 ... 0,01 p. F/km dir. Şarj akımı:

jL = (

Şarj takati:

) . 314 . Cb 10 . L (A) dir.

NL = U2 . 314 . Cb . 10 . L (VA) dir.

U = Faz arası gerilimi (üçgen gerilimi) V olarak

L = Hat uzunluğu km olarak Toprak teması neticesinde bir fazdan geçecek toprak temas akımı ifadesi:

E. M. M, — 15 16

je = 3 . (U/\/3) . 314 . Ce . 10 . L (A) dir. Ce = Bir fazın toprağa karşı kapasitesidir.

Yüksek gerilim tesisleri için 30 kV a ka dar, hatların toprağa karşı kapasiteleri tak riben aşağıdaki değerleri alırlar:

Ce = 0,0045 P F/km (toprak hatsız koruma hatsiz )

Ce = 0,005

(toprak hatlı ha vai hatlar)

Kablolarda benzer şekilde değerler alırlar. Zırhlı kablolarda Ce toprak kapasitesi, takri ben işletme kapasiteleri, Cb nın % 50 sine e şıttır. Üç zarflı yani üç mantolu kablolarda ve H kablolarında ise işletme kapasitesi Cb, toprak kapasitesi Ce ye eşit olmaktadır.

Muhtelif haller için Cb ve Ce nin değerle rini ilerde verilen tablolardan bulabiliriz.

Kabloların şar] akımları, havai hatlara nazaran 20 ile 40 misli kadar büyük olmakta dır. Toprak temas akımları ise, zırhlı kablo larda havai hatlara nazaran 20 ile 40 misli, H Kablolarında ve üç zarflı kablolarda 60 misline kadar çıkmaktadır.

Misâl: Bir kuvvet santralında üçgen ge rilim (fazarası) U = 20.000 V havai hatların toplam uzunluğu 400 km olsun aynca havai hatlarda koruma hattı da bulunmasın. H Kabloların kesiti 70 mm2 ve toplam uzunluk ları 25 km olsun. Bu halde :

jeF t= 3 . (20 000/1,73); 314 0,0045 . 10 . 400 = 19,6 A

jeK = 3 . (20 000/1,73) . 314 . 0,3 .10 . 25 = 81,7 A

]eF ı= Havai hattın toprak kısa devre akımı jeK = Kabloların toprak kısa devre akımı

Toplam kısa devre akımı: 101,3 A baliğ olacaktır.

Bu akım, kompanzasyon yapılmamış şe bekelerde, arıza noktasında toprağa akar.

Bütün salt tesislerinde topraklama hatla rı muhakkak toprak temas akımlarına göre hesaplanmalıdır.

Toprak temas takati ise (gerilim kV cin

sinden yerine konursa)

.

Ne = U/y3 . j e = 20/ V3 .101,3 = 1170 kVA bulunur.

E. M. M: — 15 16

Üç fazlı havai hatlarda tek bir hattın spe sifik toprak temas akımı, her 10 kV ve 100 km için yuvarlak hesap 2,5 A kabul edilir. Bu de ğer havai hatlarda toprak hattı olmadığı za man iyi neticeler verir. Eğer mevzubahis ha vai hatta koruma hattı da varsa o zaman 3 A almak daha doğrudur.

Zırhlı kablolarda bu değer 50 mm2 kesit te, her 10 kV ve 100 km. için takriben 60 A alı nabilir. Eğer kablo H Kablo ise 180 A/100 km almak lâzım gelir.

um

Yukardaki eğriler üç fazlı sistemde tek hat için muteberdir. Çift hatlı sistemlerde ise bulunan kıymetleri % 1... 3 kadar aı tırmak icap eder.

406 6

*3 16 25 37 V> 7O 95 «O

Üç fazlı Uçmantolu kabloların (DK) ve üç fazlı zırhlı kabloların (GK), 50 Hz deki Ohm/km olarak takribi dirençleri.

KURŞUNLU KABLOLARIN KAPASİTELERİ:

a) Üç hatlı zırhlı kabloların F F/km cin sinden Cb İşletme kapasiteleri:

Kesit mm* 750 ıV 3kV

Üçgen gerilimi 6kV 10 kV 15 kV 20 kV

6 0,252 0,200

10 0,287 0,233 0,183 0,153

16 0,350 0,283 0,221 0,178

25 0,393 35 0,436 50 0,476 70 0,520 05 0,561 120 0,602 150 0,670 185 0,710 240 0,760

0,318 0,352 0,388 0,422 0,455 0,490 0,521 0,545 0,700

0,252 0,292 0,321 0,354 0,383 0,420 0,449 0,472 0,535

0,207 0,239 0,264 0,291 0,315 0,353 0,379 0,402 0,460

0,176 0,158 0,197 0,180 0,217 0,196 0,238 0,212 0,260 0,230 0,287 0,263 0,306 0,279 0,326 0,299 0.372 0,341

Spesifik şarj akıma 2 TT.f

JL = Cb X

; Cb . 181 (A)

Spesifik Toprak temas akımı je = Cb X 1,5 X 181 = Cb . 272 (A) Cb yukarda da söylendiği gibi yukarda verilen tablodan alınacaktır.

Spesifik şar) yahut toprak temas akımı 50 Hz de her 10 kV ve 100 km için verilmiştir.

Her bir hattın toprak kapasitesi burada Ce takriben Cb nin % 50 sine eşit alınacaktır.

b) H Kablolarda ve üç mantolu kablo larda H F/km cinsinden Cb işletme kapasite leri :

Kesit

Üçgen gerilimi

z mm> 15 kV 20 kV 30 kV 50 kV 60 ^ 6 0,21 25 0,25 0,22

35 0,28 0,24 0,20

_

50 0,31 0,27 0,22 0,18

70 0,35 0,30 0,25 0,20 0,16

95 0,39 0,34 0,28 0,22 0,18

120 0,43 0,37 0,30 0,23 0,20

150 0,47 0,40 0,32 0,25 0,21

185 0,50 0,43 0,34 0,27 0,23 240 0,57 0,48 0,38 0,30 0,24

Spesifik şarj akımı

. İL = Cb . 181 (A) 2 u f 314 Spesifik toprak temas akımı

Je = Cb . 3

= Cb . 544 (A)

Spesifik şarj yahut toprak temas akımı her 10 kv ve 100 km için verilmiştir. Burada her bir hattın toprağa karşı kapasitesi Ce iş letme kapasitesi Cb ye eşit alınacaktır.

Kapasitif direnç (50 Frekansta). (Kondensanz) :

70 mm' Kesitli çelik alüminyum faz açıklığı 3 m olan enerji nakil hattının, her on ve faz başına kapasitif direnci 358.103 Ohm dur (aşağıda verilen eğrilerden).

Bu hale göre, 30 kV işletme gerilaminde bir hattın, 10 km uzunluğu için, şarj akımı,

30 (kv) . 10 (km) 3.358.10» (Ohm/km)

= 0,485 A

1 1CP»O/km

390 300 37O 3GO x» 3 5 0

Ss

.s* ^

1**•

•p

.—•

.5 330 <5 320

'S t/1'/s '/s

W $ S»i(/t 7%& /// 8 , 280 //•

250 mf

ti

s** hIraljvöaziıhÇoaftlimk DAİlNtn4v8n2y0u4m» SılıÇ dırtntf.

•• i 6 •r <

Bu eğriler trifaze alternatif akımda ener ji nakil hattının tek fazı için muteberdir. Çift trifaze hat olması ha'inde, bulunan değerleri % 1 . . . 3 artırmak lâzım gelecektir. Bu tas hih yapıldığı takdirde, verilen eğriler, yine kâfi doğruluk sının içinde kalmaktadır.

Skol grubu transformatörleri

Hususî surette imâl edilmiş iki transfor matörden ibarettir.

Maksat trifaze akımı monofaze akım ha line getirmektir. Bu halde trifaze akımın fre

Yahya OGüZ Y. Müh. D D.Y.

kansı ne ise monofaze akımında frekansı ay ni olarak kalır.

(Şekil l) de skot grubunun bağlantı şe ması görülmektedir.

K. M. M. — 15 16