YÜKSEK GERİLİM KABLOLARI

Transkript

1 EM 420 Yüksek Gerilim Tekniği YÜKSEK GERİLİM KABLOLARI YRD.DOÇ. DR. CABBAR VEYSEL BAYSAL ELEKTRIK & ELEKTRONIK YÜK. MÜH. Not: Tüm slaytlar, listelenen ders kaynaklarından alıntı yapılarak ve faydalanılarak hazırlanmıştır. Bu bölümde esas olarak Dr. Jeff Robertson un Cable Technology slaytlarından faydalanılmıştır.

2 YÜKSEK GERİLİM KABLOLARI 2 Dezavantajları Özellikle ÇYG seviyelerinde havai hatlara göre ilk yatırım maliyeti büyüktür. Avantajları Montaj haricinde görsel olarak dış ş ortamda bulunmazlar Kablodaki arzıayı bulma ve onarma süresi havai hatlardakine nispeten dah açok zaman alır Yıldırım verüzgargibidış gibi etkenlerden etkilenmedikleri için göreceli olarak daha güvenlidirler. Yerleşik ve kalabalık bölgelerde montaj zorluğu vardır. Havai hatlara göre daha emniyetlidir.vandalizmden korunmuşlardır. Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal EM420 Yüksek Gerilim Tekniği, Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl.

3 Güç Kablosu Bileşenleriş 3

4 Kablonun DC Direnci İletken direnci aşağıdaki noktalarda etkili olduğu için önemlidir: Kablonun ısınması (enerji kaybı) Kablo boyunca reaktansla birlikte gerilim düşümü İletkenin birim boyunun DC direnci: R 20 4 ρ Ωm -1 R = Ωm 1 20 A İletkenin direncinin sıcaklıkla değşimi de dikkate alınmalıdır: l [ 1 α20( 20) ] R = R + α t Ωm -1 t 20 20(

5 Özdirenç Tablosu 5 Malzeme Özdirenç / Ωm Sıcaklık Katsayısı / 20 C Bakır 1.72 x x 10-3 Aluminyum 2.83 x x 10-3 Kurşun 21.4 x x Çelik 13.8 x x 10-3 Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal EM420 Yüksek Gerilim Tekniği, Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl.

6 Deri Etkisi AC Direnç Deri & Yakınlık Etkileri İletkenin dış yüzeyinde akım yoğunluğu fazla olduğu için, AC direnci deri etkisi olarak görülür ve akımla artıkça artar. Yakınlık Etkisi İletkenin AC direnci, yakındaki diğer iletkenlerde oluşan manyetik alan akısı endüklenmelerinden dolayı artar. (Eşlenik endüktans) 6 RAC = 4 ρ nd π 2 kk k Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal EM420 Yüksek Gerilim Tekniği, Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl.

7 İletken Yapıları 7

8 Yalıtım Malzemeleri Kablo İzolasyonu Malzemelerinin Permitivite & Dielektrik Kayıpları 8 PVC XLPE PAPER Bağıl permitivite ( 50Hz de) Tanδδ

9 İletken Direnci ve Güç Kaybı 9 AC ve DC dirençleri önceki başlıklarda verilmiştir. AC sistemlerdeki güç kayıpları hesabında mutlaka AC direnç değerleri kullanılmalıdır. resistance values İletkenin birim uzunluğunca üretilen ısı: W conductor = I 2 R W/m conductor conductor

10 İletkenin Endüktansı 10 Tek damarlı 3 kablo yada 3 damarlı kabloların endüktanslarını hesaplamak yerine tablodan faydalanmak daha kullanışlıdır. Endüktans 2 kısımdan oluşur Akım taşıyan iletkenin öz öndüktansı İletkenle kılıf arasındaki eşlenik endüktans Tek damarlı bir kablo için: R H/m r K = 0.05 for circular conductors

11 İletkenle Zırh Arasındaki Kapasite 11 Kemerli kablolarda hesaplamak zordur. Kablodan ilk anda bir şarj akımı geçmesine neden olur bu da kablonun akım taşıma kapasitesi ile maksimum boyunu etkiler. Yani şark akımı, toplam kablo boyunca oluşan kapasitörün alacağı yüke eşittir ve bu değerin max akım taşıma kapasitesinden küçük olması gerekir. Kesit belirli iken, boy buna göre sınırlanır. Kapasite esas olarak yük yokken ortaya çıkan kayıpları tayin eder. (I 2 R ve dielektrik kayıpları) Ekranlı ve tek damar kablolar için co-axial hesaplama kullanılır. Diğer tipler için tablo kullanmak daha pratiktir C = 2 πε ε o r ln( R r )

12 Kapasite 12 İdeal kapasitör yoktur, hepsi sızdırır. Kapasitörün üzerinden akım geçerken,, az bir miktarda dielektrik kaybı oluşur. ş Malzeme Tanδ x10 3 ε r I δ Yağ Doyurulmuş Kağıt Polyethylene I = EωC XLPE I R = EωC tanδ Etilen Propilen Lastik (EPR) Θ Θ 90 E Polypropilen / Kağıt Lamine (PPL)

13 Kapasiteye Bağlı ğ Güç Kaybı 13 Dielektrikteki Güç kaybı W = E 2 ωc tanδ dielectric

14 Elektrik Alanı Dağılımığ İletkendeki elektrik alan şiddeti,dış izolasyondaki şiddete göre daha büyüktür. Elektrik alan şiddeti kısmi bozukluk olan bölgelerde ve boşluklarda yalıtkan malzemeye göre daha fazla olur. 14 r x R ical Stress (k kv/mm) Electri E x = xln V ( R r ) δx Distance across insulation (mm)

15 Mazlemelerin Elektrik Alanı Özellikleri 15 Malzeme Delinme Alan Çalışma Alan Şiddeti (kv/cm) Şiddeti (kv/cm) XLPE EPR Yağ & Kağıt PVC Hava

16 Endüklenen Kılıf Voltajı ve Kılıftaki Güç Kaybı 16 Kılıf bağlama yöntemine göre değişir Kılıfta endüklenen voltaj: E S = IX m V/m X m 2 πfm = Ω/m & I s = 2 s M =.2ln 2SS 0 µh/m 2 m d m E IX s = R + X R + 2 s m X 2 m

17 Endüklenen Kılıf Voltajı ve Kılıftaki Güç Kaybı 17 Sheath losses expressed as a ratio of conductor losses λ 1 = R S R R s X m 2 Zırhta oluşan kayıplarda benzeridir. (λ 2 )

18 Endüklenen Kılıf Voltajı ve Kılıftaki Güç Kaybı Yatay gruplanan kablolar için 18 D S 7 2ss X m = 2ω 10 ln d Üçlü demet yapılan kablolar için S D 7 3 X m = 2ω 10 ln 2 2 s d Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal EM420 Yüksek Gerilim Tekniği, Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl.

19 Termal Karakteristikler ve Isı Kaynakları Elektriksel karakteristikler üretilen ısı kaybı miktarını belirler. l Termal karakteristikler ise sıcaklık artışlarını tayin eder. Termal direnç ve özdirenç elektriksel direnç ve özdirence benzeşir. Θ=T W 19 ISI KAYNAKLARI İletken kayıpları (I 2 R) Dielektrik ik kayıpları (2πf E 2 C tanδ) Kılıf kayıpları (λ 1 ) Zırh kayıpları (λ 2 ) ρtl T = T A

20 Termal Dirençler 20 Termal Direnç Tanımı T 1 Birim boyda iletkenle iç kılıf arası termal direnç T 2 Birim i boyda iç kılıfla zırh arası termal direnç T 3 T 4 Birim boyda kablo yataklaması ile dış yüzey arası termal direnç Birim boyda kablo dış yüzeyi ile ortam arasındaki termal direnç

21 Termal Dirençler & Sıcaklık Artışı 21 Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal EM420 Yüksek Gerilim Tekniği, Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl.

22 Termal Dirençler 22 Tipik tek damarlı bir kablonun termal direnci ρ 1 + 2t = T 1 T1 ln 2π d c ρ T = malzemenin termal direnci t 1 = malzeme kalınlığı d c = kaynağın ğ çapı

23 Termal Dirençler 23 Malzeme Termal Direnç (Km/W) Kağıt XLPE 3.5 PVC Jute / fiber malzemeler 6.0 Polietilen 3.5 Beton 1.0 Toprak (Az rutubetli) 1.2 Toprak (Çok rutubetli) 0.9 Toprak(Çok kuru) 3.0 Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal EM420 Yüksek Gerilim Tekniği, Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl.

24 Kablo Sıcaklık Artışı ş / Akım Kapasitesi 24 [ ] [ ] Θ= ( I R+ 0.5W d ) T1 + I R(1 + λ1 ) + Wd nt2 + I R(1 + λ1 + λ2) + Wd n ( T3 + T4 ) I = W [ 0.5 T + n( T + T + T ) ] Θ 5 ( ) d RT + nr(1 + λ ) T + nr (1 + λ + λ )( T + T )

25 Kable Toprak İletkeni Bağlamağ 25 How not to do i! Red Core Earth Red Core Phase Blue Core Earth Blue Core Phase Yellow Core Earth Yellow Core Phase Mutual Earth Earth Bond Cable Joint

26 Kablo Toprak İletkeni Bonding 26 Çapraz Bağlama Toprak Çapraz Bağlama Faz Çapraz Bağlama Red Core Earth RdC Red Core Phase Blue Core Earth Blue Core Phase Yellow Core Earth Yellow Core Phase Mutual Earth Earth Bond Cbl Cable Joint Jit Red Core Earth Red Core Phase Blue Core Earth Blue Core Phase Yellow Core Earth Yellow Core Phase Mutual Earth Earth Bond Cable Joint

27 Kağıt ğ İzoleli Kablolar 27 Yağ veya reçine doyurulmuş kağıt güç kablolarının çoğunda kullanılmaktadır. Kağıt ğ eski ve giderek kaybolan bir teknoloji olmasına rağmen hala her gerilim seviyesinde kullanılmaktadır. Kağıt daha çok iletim kablolarında kullanılmaktadır. Kağıt ğ kablo üzerindeki izolasyon helix şeklinde bantlar olduğu için birbiri üzerini örter.

28 Polimer Güç Kabloları 28 Polimer kablolar ilk olarak AG seviyelerinde kullanılmıştır. Daha sonra PVC ve EPR en son XLPE ile OG /YG kademelerinde yaygınlaşmıştır XLPE düşük kayıpları ve düşük ısıl direnci yüzünden PE ve EPR yi saf dışı bırakmıştır. XLPE çoğunlukla dağıtım şebekelerinde kullanılmakla beraber iletim şebekelerinde de yaygınlaşmaktadır (154 kv 220 kv gibi). EPR halen kimyasal dayanıklık ve kablo esnekliği gerektiren sahalarda kullanılmaktadır.

29 İletken/Yalıtkan/ Kılıflar 29 Also referred to as screens or semicon layers Sharp / non-uniform edges around the outside of the conductor/outside of the insulation result in regions of elevated electric field Voids between the conductor/insulation and the insulation/sheath must be avoided A semiconducting conductor shield is used to prevent these from happening

30 Zırh 30 To provide extra mechanical tensile strength, wire or metal tape armour can be placed around the sheath Armour can be used to increase fault level current rating of the cable Separated from sheath by bedding so must be bonded to it Commonly used materials include steel tape, steel wire and aluminium wire Steel should not be used on single core cables

31 Ekranlı ve Kemerli 3 Damarlı Kablolar 31 Kemerli Kablo Electrical Flux in a Belted Cable Lead / Corrugated Aluminium Sheath Filler Belt Insulation Oversheath Bitumen Conductor Shield / Screen Core Insulation Armour Belt Shield / Screen Armour Bedding Lead / Corrugated g Aluminium Sheath Filler Oversheath Bitumen Core Inner Semicon Screen Core Insulation Ekranlı Kablo Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal Böl. Armour Core Insulation Shield / Screen Armour Bedding EM420 Yüksek Gerilim Tekniği, Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh.

32 Kağıt İzoleli Orta Gerilim Kabloları 32 3-core 11kV belted PICAS cable with a corrugated aluminium sheath 3-core 150mm2 6.35/11kV screened paper insulated lead sheathed (PILS) cable with a PVC oversheath

33 Orta Gerilim Polimer Kablolar 33 Pirelli 33kV Single Core Cable 1. Stranded or solid Al / Cu conductor 2. Extruded inner conductor shield 3 Extruded XLPE insulation 4 Extruded outer insulation sheild 5 Copper wire screen 6 Bindings 7 MDPE sheath

34 Gaz Izoleli Hatlar 34 E Esnek k SF6 izoleli i l li 220kV YG Kablosu K bl Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal Böl. EM420 Yüksek Gerilim Tekniği, Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh.

35 35 Some advantages/disadvantages of GIL Advantages Disadvantages Large cross-section possible allow high transmission powers Large diameter means good heat dissipation High overload capacity Not easily flammable Minimal dielectric losses Low current dependant losses Low operational capacitance, low charging power and no reactive power comensation required Easy transition to SF 6 switchgear Larger external diameter Only rigid pipes possible so on-site construction required On-site construction means high risks of impurities in gas system Compensation required for axial thermal expansion of pipes Bend components in system expensive is path not straight SF 6 is not environmentally friendly Gas needs monitoring Costs are higher Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal EM420 Yüksek Gerilim Tekniği, Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl.