2. İLETKENLER 2.1. AG li Hava Hatlarında Kullanılan İletkenler

Transkript

1 2. İLETKENLER 2.1. AG li Hava Hatlarında Kullanılan İletkenler Genel olarak elektrik dağıtım tesislerinde kullanılan iletken malzeme bakır veya alüminyumdur. Bakır ın 20 o C deki özdirenci ve iletkenliği k cu 56 m /. mm dir. Özgül ağırlığı ise dir. Alüminyum için ise 20 o C deki bu özellikleri; özdirenci iletkenliği özgül ağırlığı 2 g al 0, mm / m k al 2 35 m /. mm al 3 2 3,7x10 kg / m. mm 2

2 Şimdi uzunlukları ve dirençleri eşit olan ve iletkenlerin birkaç yönden mukayesesini yapalım:

3 Bakır iletkenlerin çok pahalı ve ağır olmaları nedeni ile enerji taşıma hatlarında kullanılmalarından vazgeçilmiştir. Bunun yerine akım taşıma kapasitesi ve hafif oluşu dikkate alınarak Al iletkenler tercih edilmiştir. Fakat bunun da diğer bir yönden mahsuru vardır; Aynı gücün taşınması istendiğinde Cu yerine Al iletken seçilmesi halinde Al iletken kesitini 1,6 misli daha fazla seçmek gerekir. İletken daha büyük kesitte seçilmesi, buz ve rüzgar yükleri bakımından daha büyük kuvvetlere maruz kalmasına neden olacaktır. Kopma kuvvetinin de daha küçük olması dolayısı ile bakıra nazaran daha düşük gerilme ile çekilen alüminyum hatlarda daha fazla sehim meydana gelmekte ve böylece direklerin boyları daha büyük olmaktadır. Bu sebepten dolayı Al iletkenler daha ziyade aralıklı hatlarda, AG şebekelerinde, dağıtım hatlarında kullanılmaktadır.

4 YG Hava Hatlarında Kullanılan İletkenler: YG hatlarında St-Al iletkenler tipi daha kullanılmaktadır. ile Al iletkenin Aldrey denilen bir başka i) Aldrey iletkenler: Bir alaşım olan Aldrey içerik olarak, Magnezyum : % 0,3 ile % 0,5 Silisyum : % 0,4 ile % 0,7 Demir : % 0,3 Geri kalanı :Alüminyum ii) Çelik Özlü Alüminyum (St-Al) İletkenler: St-Al iletkenlerin yapısında, ortada galvanizli çelik damarlardan oluşmuş bir ya da daha fazla tabakadan meydana gelen bir katman vardır. Bu iletkende, ortadaki çelik kısım iletkenin mukavemetini artırdığından, kopma mukavemeti Al iletkene nazaran daha büyüktür.

5 İletken Kopma gerilmesi Al 8 kg/mm 2 Cu 19 kg/mm 2 St-Al 30 kg/mm 2 Al iletkene nazaran 1,66 kat daha mukavimdir. St-Al iletkenler; mukavemeti dolayısı ile, daha yüksek gergi ile direkler arasına gerilebilme imkanına haiz oluşu Cu ya nazaran yaklaşık 2,5 katı hafif oluşu, fiyatının da Cu ve Al iletkenlerin fiyatlarından daha düşük oluşu gibi sebeplerle son yıllarda enerji taşıma hatlarında çok büyük kullanma sahası bulmuştur.

6 2.2. İletkenlerin Yapılış (İmalat) Şekilleri 1. Masif (içi dolu, som) İletkenler: Bu tür iletkenler yalnız bir cins malzemeden yapılır ve maksimum kesiti 10 mm 2 dir. 2. Örgülü İletkenler: AAC (All Aluminium Conductors) olarak da tanımlanan bu iletken 16 mm 2 ve daha büyük kesitlerde örgülü iletkenler kullanılır. Örgülü iletkenlerde, çapları eşit olan ortada bir tel ve bu telin çevresindeki her bir katmanda bir önceki katmandakinden 6 fazla olmak üzere teller bulunur. N 3x 2 3x 1 (N: iletken sayısı, x: tabaka (kat) sayısı)

7 Buna göre; 1 telli (som) iletken, 1+6=7 telli, bir katmanlı, =19 telli, iki katmanlı, =37 telli, üç katmanlı =61 telli, dört katmanlı örgülü iletkenler imal edilir.

8 İletkenlerin birbiri üzerinde bulunarak tabakalar halinde sarılması esnasında; bir iletkenin, örgünün herhangi bir noktasından itibaren yön değiştirerek aynı durumdaki noktaya gelinceye kadar (360 o dönüşten sonra) aldığı uzaklığa büklüm boyu (f b ) denir. f b =(11-14).D (D:Çap)

9 Örgülü iletkenlerin bazı üstünlükleri şunlardır: a. Esnekliği fazladır, b. Korona kayıpları azdır, c. Titreşimlerde askı noktalarındaki zedelenmeler önlenir, d. Deri olayı (Skin effect) etkisi azalır, e. Montajı kolaydır.

10 3. Örgülü St-Al İletkenler Bunların yapılışları da örgülü iletkenlerde olduğu gibidir. Yalnız ortadaki çelik damarlar ile akım taşıyan Al damarların çap ve adetleri birbirinden farklı olabilir. Bu iletkenler, ACSR (Aluminium Conductor Steel Reinforced -Çelik ile kuvvetlendirilmiş Al iletken-) sembolü ile de gösterilmektedir.

11 4. Diğer İletken Tipleri: a. Burulmasız İletkenler: Örgülü iletkenler bir yüzeye konulduğu zaman (uçları serbest olarak bırakılmış ise) tabakaların dönme kuvvetlerinden dolayı, kıvrılarak açılmak isterler. Üst üste gelen tabakaların büklümleri ters yönde yapılarak, her tabakanın dönme kuvveti karşılıklı olarak yok edilmiş olur. Böylece burulmasız (torsiyonsuz) örgülü iletkenler elde edilmiş olur. b. Titreşimsiz Örgülü İletkenler: Bu tip iletkenlerde tabakalar arasında boşluklar mevcuttur. Bu boşluklar iletken salınımlarının dalga boylarının farklı olmasına sebebiyet verdiklerinden, boşluklarla ayrılmış olan kısımların titreşimleri, birbirlerinin etkisini azaltır.

12 c. Boru İletkenler (İçi boş): Daha geniş yüzey ile daha çok akım taşıma sağlanır. Boru iletkenler, deri olayının (skin effect) etkisini azaltarak aynı miktarda kesitten daha fazla akım geçirebilmek amacı ile yapılırlar, Şöyle ki; bir iletkenden DC geçerse, akım yoğunluğu iletkenin her tarafında aynı olmaktadır. Eğer AC geçerse, frekans arttıkça akım yoğunluğunun her tarafta aynı olmadığı görülmektedir. Bu olay deri olayı denir. Bu olayın etkisi ile, iletkenin merkezden yarıçap doğrultusunda uzaklaştıkça akım yoğunluğu artar. Başka bir deyimler, akımın büyük kısmı iletkenin dış yüzüne yakın kısmından geçer ve akım geçen etkin kesit azalır. Boru iletkenler iletkenin kenar yüzeyini artırarak, ortadaki işe yaramayan dolu kısmı da işe yarar hale getiren bir uygulamadır.

13 d. Demet İletkenler: Bir hattın bir fazında, aralarında belirli bir açıklık bulunan birden fazla iletken kullanılması sonucu oluşan iletkenlere denir. Faz başına bir iletken kullanılması halindeki kesit ile demet iletkenlerinin kesitlerinin toplamı eşit olacak şekilde seçilmesi halinde, aynı işletme geriliminde iletkenlerin etrafında meydana gelen elektrik alanı, demet iletken durumunda daha küçük olur.

14 Bu imkandan yararlanarak aynı maksimum elektrik alanı için, hattın gerilimi daha yüksek seçilebilir. Ayrıca demet iletkenin endüktansının küçük, kapasitansının da büyük olması sebebi ile hattın Z c L C veya Z c Z Y ile hesaplanan karakteristik empedansı ( Z=R+jX L ve Y=jw C ) küçüktür. Bir iletim hattının demet iletkenli tesis edilmesi halinde, hem gerilimin yüksek seçilebilmesi ve hem de karakteristik empedansın küçük olması nedeniyle hat ile taşınabilecek aktif güç, eşitliğinden görüleceği üzere, daha büyük olur. 2 P U / Z C

15 2.3. Al ve St-Al İletkenlerin İsimlendirilmesi Al ve St-Al iletkenler Cu iletkenlerde olduğu gibi (mm 2 ) normunda değil, CM (Circular Mil-Dairesel mil-) ya da AWG (American Wire Gauge- Amerikan tel ölçüleri-) olarak isimlendirilir CM isimlendirmesi Bir CM, çapı 0,001 inch olan dairenin alanına eşittir. mm 2 olarak değeri; (Yani 1 MCM, yaklaşık olarak 0,5 mm 2 alınabilir.)

16 Türkiye ulusal elektrik sisteminde 154 kv luk hatlarda en çok CM=477 MCM (Hawk), 797 MCM (Drake) ve nadiren de 266,8 MCM (Patridge) tipi; 380 kv luk hatlarda ise 954 MCM (Rail ya da Cardinal) tipi ACSR iletkenler kullanılır. Dağıtım ve köy hatlarından ise çoğunlukla 3 AWG (Swallow), 1/0 AWG (Raven) ve 3/0 (Pigeon) tipi ACSR iletkenler kullanılır. Özel hallerde 30 kv luk dağıtım hatlarında yük durumuna göre 266,8 MCM ile 477 MCM tipi iletkenler de kullanılır. AG şebekelerinde ise, daha ziyade Rose (4 AWG), Lilly (3 AWG), Iris (2 AWG), Pansy (1 AWG), Poppy (1/0 AWG) iletkenleri kullanılır.

17 Anma değeri Al/Cu mm 2 Tablo. OG, YG ve ÇYG li hava hatlarında kullanılan örgülü St-Al iletkenler Çelik Özlü Al (Kanada Standardındaki) Adı Kesiti AWG veya CM Kesit Toplam mm 2 Anma çapı mm 2 Mekanik Özellikleri Anma kopma yükü, kg Anma birim ağırlığı, kg/km 27/4 SWALLOW 3 31,14 7, ,8 54/9 RAVEN 1/0 62,44 10, ,2 85/14 PİGEON 3/0 99,3 12, ,9 135/22 PATRİDGE ,86 16, ,8 242/39 HAWK ,84 21, /65 DRAKE , ,9 485/63 CARDİNAL ,34 30, ,8

18 AWG isimlendirmesi Bu isimlendirme OG, AG iletkenleri için kullanılır ve kesitler; 0000, 000, 00, 0, 1, 2, 3,.., 40 AWG şeklinde rakamlarla gösterilir AWG (4/0 AWG) kesiti en büyüktür ve rakamlar ilerledikçe kesit küçülür. Ayrıca her bir farklı kesitin, bir kuş veya çiçek ismi vardır. OG iletkenleri için kuş isimleri: swallow (kırlangıç), raven (kuzgun), pigeon (güvercin) vb. AG iletkenleri için çiçek isimleri: rose (gül), lily (zambak), iris (süsen çiçeği), pansy (hercai menekşe), poppy (gelincik), aster (yıldız çiçeği), phlox (alev çiçeği), oxlip (çuha çiçeği) vb.

19 34,5 kv luk dağıtım ve köy hatlarında çoğunlukla 3 AWG (Swallow), 1/0 AWG (Raven) ve 3/0 (Pigeon) tipi St-Al iletkenler kullanılır. Özel hallerde 34,5 kv luk dağıtım hatlarında yük durumuna göre 266,8 MCM ve 477 MCM tipi iletkenler de kullanılmaktadır. AG şebekelerinde ise; 4 AWG (Rose), 3 AWG (Lilly), 2 AWG (Iris), 1 AWG (Pansy), 1/0 AWG (Poppy), 2/0 AWG (Aster), 3/0 AWG (Phlox), 4/0 AWG (Oxlip) örgülü Al iletkenleri kullanılır.

20 Tablo. AG li hava hatlarında kullanılan örgülü Al iletkenler

21 Tablolardan görüldüğü gibi, OG de kullanılan örgülü St-Al iletkenleri ile AG de kullanılan örgülü Al iletkenleri, AWG normunda tanımlanmışlardır. OG veya AG de kullanılan farklı iletkenlere aynı AWG numarası verilmiş olabilir. Bu durumda, AWG ile belirtilen kesitin, sadece iletkenin Al kısmını tanımlamak için kullanıldığına dikkat etmek gerekir. Mesela OG de kullanılan Swallow ile AG de kullanılan Lily iletkenlerinin her ikisi de 3 AWG ile gösterilir. Swallow un çelik kısmı hariç tutulduğunda, her iki iletken için de Al kesitin 26,60 mm 2 olduğu görülür.

22 2.4. İletken Malzeme Seçiminde Göz önünde Bulundurulan Hususlar: a. İletkenlik b. Özgül ağırlık c. İletken çapı, d. Sehim, e. Mekanik ve termik mukavemet f. Titreşim eğilimi g. Koronaya karşı dayanıklılık.

23 a) İletkenlik: Havai hatlarda kullanılacak iletken malzemenin, çok iyi iletkenliğe sahip olması gerekir. Çünkü iletim sırasında hatlardaki güç kaybının en az olması istenir. Eğer, iletkenliği yüksek olan malzemeden yapılan iletkenler kullanılır ise hatlardaki güç kaybı da o nispette az olur. Bakırın iletkenliğini %100 kabul edersek, aynı büyüklüğe sahip alüminyumun iletkenliği % 63 'dir. b) Özgül Ağırlık: İletkeni mekanik dayanım yönünden etkileyen en önemli faktörlerden biri de, iletkenin ağırlığıdır. İletken ağırlığının az olması istenir. Bu yüzden havai hatlarda, özgül ağırlığı az olan ama iletkenliği de çok zayıf olmayan iletkenler tercih edilir.

24 c) İletken Çapı: Bakıra göre daha az iletkenliğe sahip olan iletkenlerin çapı, daha büyük olur. Çap büyüdüğünde, iletkene gelen buz yükü, rüzgar yükü ve gerilme kuvveti daha büyük olur. Bu durum, iletkenin mekanik dayanımını olumsuz etkiler. Mekanik dayanımın azalması, özellikle kar yağışı fazla olan bölgelerde, iletkenlerin kopmasına ve kısa devrelere neden olmaktadır. Fakat iletken çapının büyük olmasının bir faydası çapı büyük iletkenlerde korona kaybının az olmasıdır. Özgül ağırlıkla çap, iç içe ele alınması gereken hususlardır. İletken çapı, buz ve rüzgar yüklerinin hesabında bilinmesi gereken özelliklerden biridir. Çapı büyük olan iletkenlerde daha çok kar ve buz yükü biriktiği gibi, rüzgar etkisi de büyük olur. Bu yüklerin hesaplanmasında özgül ağırlığın bilinmesine gerek vardır. Kullanılan iletkenlerin özgül ağırlıkları ne kadar küçük olursa, direğe gelen çekme kuvveti o kadar az olur. Böylece direk ve diğer malzemelerde ekonomiklik sağlanır.

25 d) Sehim (fleş): Her iletkenin aynı mesafedeki sehimi farklıdır. Bir hava hattı iletkeni, üzerinden geçtiği yerin özelliğine göre belli bir mesafeden fazla yere yakın olmamalıdır. İletkenin özgül ağırlığı ve çapı nedeni ile sehim (flesh) denilen eğim meydana gelmektedir. İçinden akım geçen iletken ısınmakta, çevresel ısının etkisi ile bu uzama daha da artabilir. Sonuçta oldukça önemli bir sehim oluşmaktadır. Sehimi etkileyen faktörler: İletkenin kullanıldığı buz yükü bölgesi İletkenden çekilecek akım Direkler arası mesafe İletkenin cinsi

26 e) Mekanik ve Termik Dayanım: Hava hattı iletkenleri daima dış etkilere ve bunların neden olduğu yüklere maruz kalırlar. Hava hatlarına gelebilecek yükler (kar, buz, rüzgar) ve kendi ağırlığı, iletken tarafından güvenli bir şekilde taşınabilmelidir. Bu taşımada iletkenin, gerilme kuvvetini de taşıyabilecek bir elastikiyete sahip olması gerekir. Hava hattı iletkenleri, gerek atmosferik gerekse kısa devrelerde oluşan akımlardan ve çalışma akımlarından dolayı ısınırlar. Isınmadan dolayı mekanik dayanımları azalır. İletkenin bu sayılan nedenlerle oluşan ısı artışlarında, emniyetli bir çalışmaya elverişli olması gerekir. İletkenleri ısı dayanımları bakımından şöyle sıralayabiliriz; çelik-alüminyum, bronz, aldrey, bakır ve alüminyum.

27 f) Titreşim Eğilimi: Enerji nakil hatları, sürekli rüzgara maruz kalır. Rüzgar esmesi, buzların aniden koparak düşmesi veya ağır kuşların konup-kalkmaları, havai hatlarda titreşim meydana getirir. Büyük titreşimler hatların kopmasına neden olabilir. Bu bakımdan seçilen iletkenin malzeme yoğunluğu da göz önüne alınmalıdır.

28 g) Koronaya karşı dayanıklılık: Yüksek gerilimli hava hattı iletkenlerinin etrafında, elektrik alanı etkisiyle havanın iyonize olması sonucu bazen ışıklı mor halkalar görülür. Bunu meydana getiren gerilime gelinmeden önce ıslık veya vızıltı sesi de duyulabilir. Bu olaya korona olayı denir. Havanın iyonize olduğu gerilim değerine kritik korona gerilimi, iletken etrafında hafif parlak mor renkte ışık halkasının görüldüğü gerilime ise görünür korona gerilimi denir. Korona bir enerji kaybıdır. Bu kayıplar ses, ısı, ışık ve kimyasal olaylar şeklinde ortaya çıkar. Büyük şebekelerde bu kayıplar oldukça fazladır. Hava şartlarının koronaya etkisi büyüktür. Nemli ve sisli havalarda bu kayıplar artabilir. Ayrıca frekans, iletkenin yarıçapı ve iletkenler arası açıklık, hava basıncı, iletken yüzeyinin pürüzlülüğü, iletken damar sayısı ve işletme gerilimi de koronayı etkileyen faktörlerdendir.