ENERJĐ ĐLETĐM HATLARINDA KULLANILAN ĐLETĐM PARAFUDRLARI ĐÇĐN KULLANILAN TERĐMLER ve UYGULAMALAR Geri Atlama (Backflashover ) : Yıldırım enerji iletim hatlarında kullanılan koruma iletkenine veya direğin direkt üzerine düştüğü zaman oluşur. Yıldırım deşarj akımı direkten ve direğin toprak direnci üzerinden toprağa akar. Hattın izolasyonuna karşı potansiyel bir fark üretir. Böyle durumlarda enerji iletim hattının izolasyon dayanma gücünü aşan ani (hızlı) bir aşırı gerilim oluşur. Özellikle direklerin topraklama direnç değerleri yüksek ise backflashover (geri atlama) çok yaygın oluşur.bu yüzden direklerin topraklama dirençlerinin yüksek olmaması ve zaman zaman ölçüm yapılarak kontrol edilmeleri önemlidir. Çift Devre Hatlar (Compact Lines ) : Az yer kaplayan Compact direkli çift devre E.Đ.H larında normal hatlara göre aynı gerilim seviyesinde işletme yapılsa bile fazlar arası ve faz-toprak arası izolasyon seviyesi düşer. Çift devre E.Đ.H larında hat parafudru kullanılarak daha az maliyet ile daha yüksek izolasyon seviyesi sağlanabilmektedir. Kuplaj Faktörü (Coupling Factor ) : Birbirine paralel giden hatlarda veya çift devreli hatlarda paralel iletkenlerin birbirine etkisi ile oluşan gerilim darbesini içeren bir orandır. Bir başka deyişle Paralel hatlarda, iletkenlerdeki dalgalı gerilimin, bir faz iletkenindekine oranıdır. Bu faktör faz iletkeni ile toprak arasındaki geometrik ilişkiyle belirlenir. Genellikle yaklaşık olarak 0,25 gibi bir değer kullanılır. Enerji Yeteneği (Energy Capability ) : Parafudr ısıl kararlılık sorunu ve herhangi bir hasar olmaksızın bir veya daha fazla sayıda yüksek gerilim dalgasının enerjisini emebilmelidir. Atmosferik Seviye, Orajlı Gün Sayısı (Isokeronic Level ) : Herhangi bir bölgede, bir yıl içersinde gök gürültülü ve şimşekli gün sayısını (orajlı gün sayısı ) ifade eder. Bu veri, kullanılacak parafudr tipini ve sınıfını belirlemede kullanılan önemli bir kriterdir. Koruma Đletkeni (Shelding ) : Faz iletkenlerini ve elektrik sistemini yıldırımın etkilerinden korumak için direğin tepesine direğin gövdesiyle irtibatlı olacak şekilde koruma iletkeni tesis edilir. Koruma Đletkeni Açısı (Shelding Angle ) : Faz iletkeni ile koruma iletkeni arasında etkin bir koruma için 20-30 0 açı olmalıdır. Đletim Hattı Parafudru (Transmission Line Arrester ) : Özellikle uzun ve yıl içinde bir günde çok fazla sayıda yıldırım düşen bölgelerde enerji iletim hatlarının faz iletkenlerine bağlanacak şekilde parafudr kullanılır. Buralarada kullanılan parafudrlara Đletim Hattı Parafudru denir. 1
Direğin Temel Empedansı ( Tower Footing Đmpedance ) : Direğin topraklama direnci, yıldırım düşmelerinde direkte oluşan gerilim için önemlidir. Topraklama direncinin yüksek olması, yıldırımın düştüğü anlarda backflashover ( geri atlama ) oluşma ihtimalini ve riskini artırır. Yürüyen Dalgalar ( Travelling Waves ) : Yıldırım 2 faz iletkeni arasına düştüğü zaman yüksek bir akım dalgası faz iletkeni içine enjekte olur. Akım ve gerilim dalgasına bölünerek yıldırımın düştüğü yerden her 2 yönde çoğalarak 300 m / µs hızla, büyüklüğü darbe akımı ve hat empedansına bağlı olarak hat ucunda bulunan Trafo Merkezine doğru yürür. Hattın Kullanılabilirliğini Artırmak Đçin Parafudr Uygulaması : ( Đncreased Line Availability) Parafudrlar, koruma iletkeni olan veya olmayan Enerji Đletim Hatlarını yıldırım dalgasından(darbesinden) korur ve dolayısıyla oluşabilecek zayiatları önler. Parafudrlar zayiatların azalmasının yanı sıra dolaylı faydalarda sağlar. Koruduğu değerli ve hassas cihazların zarar görmesini önler, kesicilerin kontrol ve bakım aralığını uzatır ( artırır), böylece toplam bakım maliyetlerini azaltmış olur. Parafudr makul enerji absorbe yeteneği nedeniyle nerede anormal koşullar ve gerilim yükselmeleri oluyor ise tüm sistem gerilimleri için kullanılabilir. Enerji Đletim Hattı Parafudrlarının seçiminde gereken en önemli şey, yüksek akım yeteneğine sahip olmasına dikkat edilmesidir. Enerji iletim hatlarında dağıtım tipi parafudrların kullanımı uygun değildir. Uzun E.Đ.H larında parafudr, genellikle hattın her 2 ucunda tesis edilir. Đlave olarak hattın bir veya daha çok noktalarında, hattın (½) ortası, 1/3 veya 2/3 üncü noktalarında da anahtarlama aşırı gerilimlerine karşı tesis edilir. Böylece hattın izolasyon şartları ön dirençler kullanılmaksızın sınırlandırılabilir. Bu türden uygulamalarda yüksek enerji yeteneğine sahip parafudrlar dizayn edilir.2 veya 3 sınıfı parafudrlar genellikle verimli bir şekilde hattın ortasında veya diğer noktalarında kullanılır. Ancak hattın uçlarında sınıfı daha yüksek parafudrlar yer almalıdır. E.Đ.H larının Đzolasyon Seviyesini Yükseltmek (Line Upgrading ) : E.Đ.H larının var olan izolasyon seviyesi, uygun parafudrlar kullanıldığı zaman yükselecektir. Bunun için ilave çok fazla masraf yapmaya gerek olmayacaktır. Trafo Merkezi Koruma Seviyesini Genişletmek ( Extended Station Protection ): Trafo Merkezine yakın direklerde parafudr kullanılması ile geri atlama (backflashover) olma riski ortadan kalkar. Yıldırım düştüğü anda Trafo Merkezine doğru yürüyecek dalganın büyüklüğü ve dikliği azaltılmış olur. Böylece büyük GIS Merkezlerinde kullanılan Metal- Enclosed parafudrlara gerek kalmaz ve Trafo Merkezi içindeki trafoların ve reaktörlerin önünde kullanılan parafudrların koruma performansı daha da gelişir ve iyileşir. 2
Parafudrların Koruma Đletkeni Yerine Geçmesi ( Substitute for Shield Wires ): Bu durumlar, koruma iletkeni montajının zor ve pahalı olduğu haller ile 2 faz iletkeni arasının çok uzun olduğu yüksek direkler için geçerlidir. Böyle durumlarda koruma iletkeni yerine parafudr kullanımı iyi ve ekonomik bir çözümdür. Parafudrlar koruma iletkeni olmadan ve iyi topraklama empedansı aranmadan her direkte ve her fazda kullanılabilir. Böyle durumlar için koruma iletkeni ve topraklama empedansını azaltmak için yapılan masraflardan daha ekonomik olduğu kanıtlanmıştır. E.Đ.H KORUMA FĐZYOLOJĐSĐ HAKKINDA Şekil 1:Đletim Hattı Parafudr Uygulama Prensip Şeması Şekil-1: E.Đ.H larının ara noktalarında kullanılan iletim hattı parafudr ile yıldırım darbesi oluştuğunda aşırı genliğe sahip yürüyen gerilim dalgasının hattın uçlarına kadar ulaşmaması için yapılan uygulamaların prensip şeması gösterilmektedir. 3
Şekil 2: Hattın izolasyon seviyesini iyileştirilmesine etkisi Şekil -2: Yüksek toprak direncine sahip bir E.Đ.H uzunluğu (mesafe aralığı) boyunca kullanılan iletim hattı parafudrun etkisi gösterilmektedir. Hattın temel izolasyon seviyesi (BĐL) yeşil renk ile gösterilmektedir. Sadece 3 ve 7 nolu direkler arasında iletim hattı parafudru kullanılarak hatta kullanılan izolatörlerde p.u cinsinden gerilim değeri 11 li rakamlardan 4 pu gibi oldukça düşük rakamlara indiği görülmektedir.1,2,8 ve 9 nolu direklerin toprak geçiş direnci yüksek,3,4,5,6 ve 7 nolu direklerin toprak geçiş dirençleri ise düşüktür. 4
Şekil 3: Aşırı Gerilimin Düşürülmesine Etkisi Şekil 3: 550 kv, 200 km uzunluğundaki E.Đ.H nın Faz Toprak hatası oluşumundan önce 3 faz tekrar kapamadan dolayı oluşan faz-toprak aşırı gerilimine ait bir grafiktir. Çok yüksek gerilimli uzun enerji iletim hatlarında genellikle anahtarlama aşırı gerilimlerini sınırlamak için ön eklemeli dirençler kullanılır. Parafudrların, hattın uçlarında (TM lerde hat fiderlerinde ) ve hattın önceden seçilmiş ara bölümlerinde kullanılması durumunda daha sıhhatli ve verimli bir işletme sağlanır. Şekil-3 de verilen grafikten görüleceğe üzere hattın her iki ucunda ve hattın ara bölümlerinde parafudr kullanılması durumunda yani mor renkli durumda yıldırım düşmesi veya anahtarlamalar esnasında oluşan aşırı gerilimler hiç parafudr kullanılmamış hali temsil eden kırmızı renkli duruma göre oldukça azalmaktadır. Bu sayede yerli yersiz meydana gelen açmalar ortadan kalkmakta, aşırı gerilimlerin izolasyonu bozması nedeniyle oluşan hasarlanmalar ise minimum seviyeye düşmektedir. Kesintilerin azaldığına dair açıklayıcı bilgi Şekil-4 de verilmiştir. 5
Şekil -4: Kesintilerin Azaltılmasına Etkisi Şekil-4 : Uzun Mesafeli Yüksek Gerilimli veya Çok Yüksek Gerilimli Enerji Đletim Hatlarında Đletim Hattı Parafudr ( TLA) kullanılması veya kullanılmaması durumunda oluşan kesinti yüzdelerini göstermektedir. Şekil-4 deki grafikten kolayca anlaşılacağı üzere Enerji Đletim Hatlarının uç noktaları olan Trafo Merkezlerinde ve özelikle uzun hatların ise seçilmiş uygun ara bölümlerinde Đletim Hattı Parafudru kullanılması durumunda kesintiler oldukça azalmaktadır. Alternatif-2 koşullarının uygulanması durumunda dış ve iç aşırı gerilimler nedeniyle oluşan kesintiler %5 gibi oldukça düşük değerlere düşmektedir. 6
ĐLETĐM HATTINDA PARAFUDR UYGULAMALARI Şekil- 5: Taşıyıcı Direklerde Tipik Uygulama Örnekleri Şekil 6: Durdurucu Direk Üzerinde Kullanımı 7
Şekil 7: E.Đ.Hattına Ait Đletken Üzerinde Kullanımı AVANTAJLARI : Ayırıcı gerekmez, Nominal Gerilimi Düşük Parafudr kullanım imkanı, DEZAVANTAJLARI: Her bir direk için özel dizayn gerektirir, Đzolasyon Koordinasyonu zordur, Enerji paylaşımı tahmin edilemez, Anahtarlama aşırı gerilimlerini kontrol edemez, Kirliliğin etkileri ön görülemez, Parafudr arızasını öğrenmek için uyarıcı bir sinyal devresine ihtiyaç vardır, Tekrarlayan kısa devrelerde zayıf nokta oluşturur. Şekil 8: Taşıyıcı Direkte Harici Gap Đle Kullanımı Şekil-8 de verilen harici gap uygulamalı Đletim Hattı Parafudr tesis ve işletmesinin bir çok dezavantajlı noktası vardır. Bu yüzden yaygın olarak kullanılmaz. 8
Türkiye nin Atmosforik Seviye Bakımından Değerlendirilmesi : Türkiye atmosforik seviye açısından dünyanın diğer bölgeleriyle karşılaştırıldığında şanslı sayılabilecek durumda olan bir ülkedir.dünya yıldırım haritası dikkatlice incelendiğinde Afrika nın orta kısımları ile Güney America nın orta kısımlarında yıl içersinde bir günde 140-200+ üzerinde yıldırım düştüğü görülür.avrupa ile Asya nın arasında kalan Türkiye ve yakınındaki ülkelerde ise bir yıl içersinde 20-39 gibi sayılarda Orajlı gün ( gök gürültülü şimşekli gün sayısı) oluşmaktadır.bu bakımdan konu değerlendirildiğinde ülkemizin çok da sıkıntılı bir durumda olduğunu söyleyemeyiz. Şekil-9 : Dünya Yıldırım Haritası Ancak Devlet Meteoroloji Đşleri Genel Müdürlüğü nün 1975 2006 yılları arasında yaptığı ölçüm verileri değerlendirildiğinde Dünya Yıldırım haritasında 20-39 olarak belirtilen orajlı gün sayısının üzerinde, Orajlı günlere sahip (gök gürültülü ve şimşekli günlerin) bölgelerin var olduğu görülmektedir. 1975-2006 yılları arasındaki ölçüm verileri temin edilerek yapılan çalışma ile aşağıda Şekil-10 da verilen özet tablo hazırlanmıştır. 9
Şekil 10 :Bir yıl içinde bir gündeki orajlı ( gök gürültülü,şimşekli gün sayısı) gün sayılarının işlenmesi sonucu elde edilen özet durum. Türkiye de bir yıl içinde bir güne ait orajlı gün sayısına ait (gök gürültülü ve şimşekli gün sayısı) ham veriler 1975-2006 arası yılları kapsayacak şekilde temin edilerek anlamlı bir şekil alacak şekilde işlenmiştir. Temin edilen datalar üzerinde yapılan incelemeler neticesinde orajlı gün sayısı açısından bir puanlama yapılmış ve Şekil-10 da verilen özet tablo oluşturulmuştur. Şekil-10 da Tabloda belirtilen Trafo Merkezlerine veya Santral Şalt sahalarına bağlantılı olan hatlarda Đletim Hattı Parafudru kullanılması ile, bu bölgede ve genelde elektrik sisteminde gerek dış aşırı gerilim diye ifade ettiğimiz yıldırım kaynaklı problemler ile, gerekse iç aşırı gerilim diye ifade ettiğimiz anahtarlamalar esnasında oluşan aşırı gerilimlerin oluşturacağı olumsuzlukların minimum düzeye ineceği düşünülmektedir. Sonuç olarak ;elektrik iletim sisteminde iletim hattı parafudru kullanılması durumunda kazanılacak faydaları irdelemek ve uygulama alanlarının nasıl seçileceği, nelere dikkat edilmesi gerektiği konusunu dikkatlerinize sunmak için hazırladığım bu çalışmayı makale köşesinde sizlerle paylaşmak istedim. Yener AKKAYA APK Dairesi Bşk. 10