GRID INDUCTANCE IN SUBSTATION GROUNDING GRID DESIGN BASED ON GENETIC ALGORITHMS

5. Ululararaı İleri Teknolojiler Sempozyumu (IATS 9), 3-5 Mayı 29, Karabük, Türkiye GENETİK ALGORİTMALARA DAYALI İLETİM MERKEZİ TOPRAKLAMA AĞI TASARIMINDA AĞ İNDÜKTANSI GRID INDUCTANCE IN SUBSTATION GROUNDING GRID DESIGN BASED ON GENETIC ALGORITHMS Barış GÜRSU a * ve Melih Cevdet İNCE b a * TEİAŞ 3.İletim Tei Ve İşletme Grup Müdürlüğü, Elazığ, Türkiye, E-pota: gurubari@hotmail.com b Fırat Üniveritei Elektrik-Elektronik Mühendiliği Bölümü, Elazığ, Türkiye, E-pota: mcince@firat.edu.tr Özet İletim merkezi topraklama ağlarının taarımında, ağın indüktanının da heaba katılmaı, darbe empedanını ve dolayııyla topraklama ağını oluşturan iletkenlerden akan yıldırım ya da neredeye yıldırım kadar tehlikeli kıa devre akımlarını kontrol eder. Bu çalışmada, literatürde topraklama direncinin gerçeğe en yakın olarak belirlendiği uniform toprak modeli heaplamaları kullanılarak, ağ indüktanı etkili optimum topraklama ağı taarlanmıştır. Taarımda Genetik Algoritmalar(GA) metodu kullanılmış, IEEE Std.8-2 de verilen emniyet ölçütleri referan alınmıştır. Ağ indüktanına, kareel göz boyutu ve dolayııyla göz ayıı, iletken keiti, ağın uzunluk/genişlik oranı, iletim merkezi beleme noktaı etki etmektedir. Bütün bunlar, optimum topraklama ağı hedefinde, aynı zamanda güvenlik ölçütlerine ve maliyete de etki eder. Ağ indüktanına etki eden uzunluk/genişlik oranı nedeniyle hem kare hem de dikdörtgen topraklama ağları modellenmiş, hangiinin daha uygun olduğu tepit edilmiştir. Matlab ta hazırlanan GA ya dayalı yazılan programda, dikdörtgen topraklama ağlarında da kareel göz boyutu ağlayabilmek için göz boyutu optimizayonu yapılmış ve ağda kullanılacak toplam iletken uzunluğu heaplanmıştır. Ayrıca topraklama ağında kullanılacak topraklama çubuğu ayıının da optimizayonu gerçekleştirilmiştir. Anahtar kelimeler: Genetik Algoritmalar, Topraklama Ağı İndüktanı, Topraklama Direnci, Dokunma Gerilimi Limiti, Uniform Toprak Modeli, İletim Merkezi. Abtract In ubtation grounding deign, grid inductance need taking into account, too. Becaue, grid inductance control impule impedance. So, the inductance of grounding grid ha a vital importance on determining the behaviour of lightning current. In thi tudy, uniform oil model calculation are ued. In the deign of optimum grounding grid, the effect of grid inductance i conidered. Genetic Algorithm method i ued in the deign. The afety tandart that i given in IEEE 8-2 are taken a a reference. Meh ize, conductor cro-ection, the proportion of length to width and feeding point effect grid inductance. Thoe alo have an effect on afety tandart and cot. We modelled both quare and rectangular grounding grid. It i determined which of thoe are more uitable. The deign i made by the programme baed on Genetic Algorithm that i prepared in Matlab. In order to provide meh ize in quare, meh ize optimization i done. Thu, total conductor length i alo calculated. Beide, the number of optimum grounding rod i found, too. Keyword: Genetic Algorithm, Grounding Grid Inductance, Grounding Reitance, Limit of Touch Voltage, Uniform Soil Model, Subtation.. Giriş Üzerinde önemle durulmadığı takdirde hem canlılar hem de elektrikel teçhizatlar için telafii mümkün olmayacak zararlar doğurabilecek topraklama konuu ve yükek gerilimli trafo merkezlerinde kullanılan topraklama ağlarının taarımı anıldığı kadar bait ve dar kapamlı değildir. Çünkü topraklama ağı taarımının en temelinde ve hatta trafo merkezi taarımının en temelinde trafo merkezi kurulmaı planlanan daha tarla durumundaki bir yerin toprak özgül direnci ölçümleri vardır. Wenner in 4 elektrot metoduyla yapılan bu ölçümler taarımın temelini oluşturduğundan, doğru ve tutarlı olmaı çok önemlidir. Bunun yanında; iletim merkezinin kıa devre akımı, kıa devre ürei, boyutları, kullanılacak iletken keiti, göz ayıı, potaniyel dağılımı, dokunma gerilimi, adım gerilimi, toprak potaniyel yükelmei, darbe empedanı, indüktanı, akım dağılımı, yüzey malzemei, iletken cini, toprak modeli eçimi gibi daha birçok faktör topraklama ağı taarımına etki etmektedir. Yükek gerilim iletimi enterkonekte şebeke itemi içinde en önemli yeri olan ve çok büyük yatırım maliyeti gerektiren iletim merkezlerinin(trafo merkezi) topraklama itemlerinde kullanılan topraklama ağları, topraklama iletkenlerinden ve çubuklarından oluşmaktadır. Canlılar için hayati tehlikelerin oluşmamaı, teçhizatların zarar görmeinin engellenerek milli ervetin korunmaı ve elektrik iletim iteminin ürekliliği açıından topraklama ağlarının taarımına haaiyet götermek zaruret arz etmektedir. Bu zaruretin farkında olan birçok araştırmacı bu konuda çalışmalar yapmışlardır [-3]. Ancak bu çalışmaların hiçbirinde ağ indüktanının etkiini içine alan taarım yapılmamıştır. Bu çalışmanın özgün noktaı ağ indüktanının etkiini göz önünde bulunduran topraklama ağı taarımı olmakla birlikte, bu taarımda Genetik Algoritmalar metodunun kullanılmaı da ayrıca bir özgünlüktür. 2. Topraklama Ağının İndüktanı Topraklama ağının indüktanı, yıldırım darbe akımlarının ve büyük kıa devre akımlarının toprağa akmaı durumunda, ağın buna karşı davranışının belirlenmeinde önemlidir. Topraklama ağının indüktanı, darbe empedanını kontrol eder. 2.. Ağ İndüktanının Heabında Varayımlar Topraklama ağının indüktanının heaplanmaı için başlıca varayımlar aşağıdaki gibidir: IATS 9, Karabük Üniveritei, Karabük, Türkiye

-Elektromanyetik alan, iletkenin çevreinde akımın en yoğunlaştığı yerde en yükektir. Bu yüzden indüktan, ağı oluşturan iletkenlerde akım dağılımı ile verilir. Topraktaki akımın etkii ihmal edilir. 2-Toprak kaçak akımı ihmal edilir. Beleme noktaından giren tüm akımlar, ağ üzerindeki farklı uzak noktalarda toplanırlar. 3-Ağı oluşturan iletkenlerin yarıçapındaki değişim, alan içindeki iletkenin boyutunun belli aralığı için ağın indüktanı üzerinde ihmal edilebilir bir etkiye ahiptir. İkinci yaklaşımın, toprağa akan kaçak akımın ihmal edildiğinde indüktanın en büyük değerini vermeye yönelmeinin akine, birinci yaklaşım topraktaki akımın etkiini ihmal ettiği için indüktanın en düşük değerini vermeye yönelmektedir. Bu iki yaklaşımın neden olduğu hatalar, bir dereceye kadar birbirini yok eder. Varayımlara dayanarak iki ınır göz önünde bulundurulur: -Akımın beleme noktaı, ağın merkezinde ve toplanma noktaları, ağın dört köşeindedir. 2-Akımın beleme noktaı, ağın köşelerinin birinde ve toplanma noktaı karşı çapraz köşeindedir. Gerçekte topraklama ağlarında akım, yerleşim, taarım ve bağlantılarla ilgili olarak herhangi bir noktadan girebilir. Bu düşüncenin amacı, yukarıdaki iki ınır durumu pratikel olarak temil edebilmektir. Beleme noktaı bu iki durumdan farklı ie, indüktanın değeri yukarıdaki iki durum için iki ınır değer araındadır. Bu iki durum topraklama ağlarının darbe empedanının ınır değerlerini de verir. Diğer herhangi beleme noktaı için darbe empedanı, bu iki ınır değeri araında olacaktır. 2.2. Bir İletkenin Özindüktanı Doğrual bir iletkenin özindüktanı, denklem () ile heaplanır. 2l L =.2 l [ln( )] µh () a l iletken uzunluğu(m),a iletken yarıçapı(m) ve (l >>a) dır. 2.3. Ağ İndüktanının Heabı Topraklama ağlarının indüktanı, denklem (2) ile verilen ampirik formül ile heaplanır..6 L = L X D (2) Burada, L iletkenin özindüktanı(µh), X ağın uzunluk/genişlik oranı, D akımın beleme noktaı ve ağdaki göz ayıına bağlı amprik bir katayıdır. D katayıına ait değerler Tablo de verilmiştir. Tablo. Ağ İndüktanı Heabı İçin D Katayıı Değerleri. Göz Sayıı Merkezden Köşeden Beleme İçin Beleme İçin 8.469 2.87 24.6232 4.472 32.7952 5.3696 6.9595 6.92 72.988 7.6649 Topraklama ağının indüktanı, ağın kareel göz boyutuna(l ) dolayııyla göz ayıına, kullanılan iletkenin keitine dolayııyla yarıçapına(a), ağın kare ya da dikdörtgen şekilli olmaına(x) ve beleme noktaına(d) bağlıdır [4-6]. 3. Topraklama Ağı Taarımı Bu çalışmada, IEEE Std.8-2 e dayalı topraklama ağı taarımı referan alınmıştır. Taarımda GA metodu kullanılmıştır. GPR<E dokunma şartı, en ekonomik taarımla ve en düşük ağ indüktanıyla beraber ağlanmaya çalışılmıştır. Ağda kullanılacak toplam iletken uzunluğu ve çubuk ayıı optimum olarak belirlenmiştir. 3.. GPR Heabı GPR<E dokunma, IEEE tandardına göre ağlanmaı gereken şarttır. Bu şartın anlamı şudur: Toprak potaniyel yükelmeinin (GPR), tandartta heabı belirtilen dokunma gerilimi limit (E dokunma) değerinden düşük olmalıdır. İletim merkezinde bir toprak arızaı enaında, topraklama ağıyla toprağa aktarılan arıza akımı, ağ potaniyelinin yükelmeine neden olur. Yükelen bu ağ potaniyeli, tehlikeli dokunma ve adım gerilimi olarak ortaya çıkabilir. Bu da canlılar ve teçhizatlar için tehlike arz eder. Ayrıca bu yükelen ağ potaniyeli, V olarak kabul edilen referan toprağa bile ulaşabilir. Bu nedenle GPR nin ınırlandırılmaı gerekmektedir. GPR = I G R g (3) IG = Df Sf If (4) (4) denkleminde D f, azaltma faktörüdür ve uygulamalarda alınmıştır. S f, arıza akım dağılım faktörü olup, uygulamalarda. olarak alınmıştır. I f, imetrik toprak arıza akımının rm değeri olup, her uygulama için trafo merkezi verilerine göre farklı olur. 3.2. Dokunma Gerilimi Limiti Heabı IEEE Std.8-2 de, Denklem (5) ve (6) da ifade edilen 5 ve 7 kg ağırlığındaki inanlar için dokunma gerilimi limitleri verilmiştir. Edokunma 5 = ( +.5Cρ).6 / t (5) Edokunma 7 = ( +.5Cρ).57 / t (6) t kıa devre akım ürei, ρ yüzey tabakaında kullanılan malzemenin özdirenci ve C yüzey tabakaı düzeltme katayııdır. Ağ taarımlarımızda, en kötü şartlar düşünülerek GPR < E dokunma 5 ağlanacaktır. Denklem (7) de uniform toprak modeli için C verilmiştir. ρ.9 C ρ = (7) 2h +.9 h, yüzey tabakaı kalınlığıdır(m) [7-9].

3.3. Topraklama Direnci Heabı Rg = ρ + (LC + nr lr ) + 2 A + hb 2 / A.52 2ln L p 2 A A L p (8) GPR heabında kullanılan R g topraklama direncinin heabı için bu çalışmada, uniform toprak modeli kullanılmıştır. Literatürde gerçek ölçümlere en yakın onuç alındığı vurgulanan tek katmanlı uniform toprak modeli topraklama direnci heaplamaları için denklem (8) de verilen ampirik formül kullanılmıştır [2]. 4. Genetik Algoritmaların Topraklama Ağı Taarımına Uygulanmaı Genetik Algoritmalar metoduyla, IEEE Std.8-2 referanlı ve ağ indüktanı etkili topraklama ağı taarımı için akış diyagramı Şekil de göterilmiştir. 3 2 Populayon ayıını, makimum generayon ayıını gir İletim merkezi bilgilerini gir Başlangıç popülayonunu oluştur Her kromozom için uygunluk heapla Makimum generayon ayıına ulaşıldı mı? H Çaprazlama Mutayon GPR' yi heapla Dokunma Gerilimi Limitini Heapla 2 3 H için GPR < E dokunma mı? E içeriinden en iyi popülayonu eç Generayon ayıını artır Toprak özdirenci Yüzey malzemei özdirenci Yüzey kaplama kalınlığı Kullanılacak çubuk uzunluğu Kullanılacak çubuk yarıçapı Ağ gömülme derinliği x yönündeki kenar uzunluğu y yönündeki kenar uzunluğu Kıa devre akımı Kıa devre ürei D katayıı Uygunluğu en iyi kromozom Şekil. GA İle Ağ İndüktanı Etkili Topraklama Ağı Taarımı Akış Diyagramı. E GPR Dokunma Gerilimi Limiti Ağ İndüktanı Maliyet Penaltı Göz boyutu Göz ayıı Toplam iletken uzunluğu Toplam çubuk ayıı Topraklama direnci ve GPR Dokunma Gerilimi Limiti Maliyet İletken keiti Ağ indüktanı Matlab ta hazırlanan pogramda, öncelikle populayon ayıı ve makimum generayon ayıı girilir. Daha onra iletim merkezinin toprak özdirenci, yüzey malzemei özdirenci yüzey malzemei kalınlığı, kullanılacak çubuk uzunluğu, çubuk yarıçapı, ağ gömülme derinliği, topraklama ağının kurulacağı alanın kenar uzunlukları, kıa devre akımı ve ürei ve ağ indüktanı heabı için D katayıı bilgileri girilir. Kareel göz boyutu ve çubuk ayıı optimizayonu yapıldığı için, populayon ayıı kadar, 2 genden oluşan kromozomlar ragele oluşturulur. Kareel göz boyutu ve çubuk ayıı olarak 2 şer genden oluşan her bir kromozom için denklem (6) ya göre uygunluk değerleri heaplanır. Uygunluklara göre kromozomlar ıralandırılır. Her bir kromozomun her bir geni kendi araında çaprazlamaya tabi tutulur. Çaprazlamada örneğin populayon ayıı eçilmişe -, 2-9, 3-8, 4-7, 5-6 kromozomları araında çaprazlama yapılır. - demek, uygunluk ıralamaında en iyi. kromozomla. kromozomun kendi genleri araında çaprazlama yapılmaı demektir. Yani uygunluğu en iyi olan kromozomun örneğin kareel göz boyutu geniyle. kromozomun kareel göz boyutu geni kendi araında çaprazlamaya uğratılır. Tek noktalı çaprazlama metodu uygulanmıştır. Başlangıçta ragele oluşturulan tüm kromozomlar, çaprazlamaya uğratıldıktan onra, yine başlangıçta ragele oluşturulan tüm kromozomlar ikilik ayı tabanına çevrilerek mutayona uğratılır. Mutayon işleminde de her bir kromozomun her bir geninin biti den a dan e değiştirilmiştir. Mutayon biti her eferinde ragele belirlenmektedir. Popülayon ayıı N ie, başlangıçta ragele üretilen N ayıdaki kromozom, çaprazlama onraı elde edilen N ayıdaki kromozom ve mutayon onraı elde edilen N ayıdaki (toplamda 3N) kromozomlar için GPR heaplanır. GPR<E dokunma emniyet şartını ağlayan en iyi uygunluğa ahip N ayıdaki kromozom bir onraki generayon için eçilir. Bu işlemler makimum generayon ayıına kadar devam eder. Makimum generayon ayıına ulaşıldığında uygunluğu en iyi olan kromozom çözüm olarak elde edilmiş olunur. 4.. Kareel Göz Boyutu Optimizayonu ve Toplam İletken Uzunluğunun Belirlenmei Topraklama ağının indüktanına etki eden faktörlerden biri de göz boyutudur. Ancak göz boyutunun kareel olmaı gerekmektedir. Yani topraklama ağının her bir gözünün her kenarının eşit olmaı gerekmektedir. Bu nedenle bu çalışmada kareel göz boyutu optimizayonu GA yardımıyla yapılmıştır. Kareel göz boyutu() optimizayonunun yapılmaıyla toplam iletken uzunluğu da heaplanabilir. Dikdörtgen ve kare şekilli topraklama ağlarında, göz boyutu optimizayonuyla toplam iletken uzunluğu denklem (9) daki gibi heaplanabilir. L C=L (col+)+w (lin+) (9) Denklem (9) da; col: y doğrultuundaki göz ayıı, lin: x doğrultuundaki göz ayıı, L: Topraklama ağının x yönü uzunluğu(m), W: Topraklama ağının y yönü uzunluğu(m), : kareel göz boyutudur. Kare topraklama ağlarında L=W olduğundan, col=lin olacaktır. Bu durumda denklem (9), denklem () halini alacaktır.

L C= 2 L (col+) () Dikdörtgen ve kare şekilli topraklama ağları için, col ve lin heapları denklem () ve (2) de verilmiştir. L lin = () W col = (2) 4.2.Maliyet Fonkiyonunun Belirlenmei Yükek gerilimli trafo merkezlerinin kapladığı alan çok büyüktür. Trafo merkezi alanının toprağının altına iletkenlerin erilmei işi hafriyat işi olarak bilinir. Hafriyat işi de bir maliyettir. Bu çalışmada h b derinliğinde gömülecek olan iletkenler için.75 metre genişliğinde hafriyat yapılmaı uygun görülmüştür. Yani (.75 h b L c) m 3 kadar bir hafriyat gerekmektedir. Hafriyat piyaaında m 3 lük bir alanın hafriyatı ortalama 5 YTL dir. Dolayııyla hafriyat maliyeti denklem (3) deki gibi heaplanır. C hafriyat = [(W h b (lin+).75)+ (L h b (col+).75)] 5 (3) Denklem (3) ile heaplanacak hafriyat maliyeti, maliyet fonkiyonuna dahil edilecektir. Maliyet fonkiyonu da uygunluk fonkiyonuna dahil edilecektir Maliyet fonkiyonu denklem (4) deki gibi heaplanır. C =(C iletken L C) + (C çubuk n r) +C hafriyat (4) [2] e göre, en düşük iletken keiti 2 mm 2 alınmıştır ve bu keitteki m bakır iletkenin fiyatı (C iletken) 22 YTL, 3 m boyundaki çelik kaplı bakır topraklama çubuğunun fiyatı (C çubuk) 3 YTL alınmıştır. 4.3. Penaltı ve Uygunluk Fonkiyonunun Belirlenmei GA, optimumu arama işlemlerinde, ürekli olarak, tanımlanacak olan uygunluk fonkiyonuna göre hareket eder. Her generayonda uygunluk fonkiyonunun aldığı değerleri kontrol ederek, onraki generayonun bireylerini eçer. Yani GA nın temel taşı, tutarlı olarak tanımlanmaı gereken uygunluk fonkiyonudur. Ağ indüktanı etkili iletim merkezi topraklama ağı taarımı probleminde denklem (5) deki uygunluk fonkiyonu tanımlanabilir. F=C+L + GPR-E dokunma (5) Ancak bu denklemde gerek GPR-E dokunma gereke de L değeri C nin yanında oldukça küçük kalacaktır. Uygunluk fonkiyonunun minimizayonu, C ağırlıklı olarak ilerleyecektir. Bu şekildeki uygunluk fonkiyonuyla ne GPR<E dokunma şartı ağlanır ne de ağ indüktanının minimumu ağlanabilir. Sadece maliyetin minimizayonu ağlanır. Bu nedenle (5) denklemi aşağıdaki (6) denklemindeki gibi tanımlanmalıdır. F=C+L + [P (GPR-E dokunma)] (6) Denklem (6) da P penaltı fonkiyonu tanımlanmıştır. Penaltı fonkiyonu denklem (7) deki gibi belirlenmiştir. P = C P = GPR E GPR < E dokunma dokunma (7) GPR E dokunma ie P değeri C ye eşit olduğundan F değeri büyüyecek ve amaçlanan minimizayondan uzaklaşılacaktır. GPR<D okunma ie algoritma, F=(C+L +GPR-E dokunma) kontrolüyle ilerleyecektir. GPR<E dokunma olura F değeri amaçlandığı gibi küçülecek gibi görüne de, GPR nin çok küçük olabilmei için daha fazla iletken ve çubuk kullanılacağından C değeri artacaktır. Dolayııyla F büyüyecektir. Amaçlanan minimizayondan uzaklaşılacaktır. Bu yüzden amaç, GPR yi mümkün olduğunca E dokunma değerine yaklaştıracak ancak E dokunma değerinden küçük yapacak minimum iletken uzunluğunu ve minimum çubuk ayıını bulabilmektir. GPR<E dokunma ağlanıp ve GPR-E dokunma mümkün olduğunca ıfıra yakın olduğunda, F fonkiyonu, (C+L ) ağırlığıyla ilerleyecektir. Minimum maliyet ve minimum ağ indüktanı ağlanacaktır. 4.4. Ağ Taarımında Optimumu Aranılan Ağ Parametreleri ve Arama Sınırları GA ile topraklama ağı taarımında, minimum maliyet, minimum ağ indüktanı ve GPR nin dokunma gerilimi limit değerinden küçük olmaını ağlayacak, optimum iletken uzunluğu ve optimum çubuk ayıı bulunacaktır. Optimum iletken uzunluğu, kareel boy boyutu optimizayonu ile bulunacaktır. Dolayııyla ağ taarımında; Kareel göz boyutu, Çubuk ayıı Optimizayonu yapılacaktır. Arama ınırları, Kareel göz boyutu için [2,255], çubuk ayıı için [,255] araında olmaı yeterlidir. Matlab ta hazırlanan ağ taarımı optimizayon programı, arama ınırlarını değiştirebilme enekliğine ahiptir. Çubuk ayıının en az eçilmei, iletim merkezlerinde parafudrların yakınına topraklama çubuğu konulmaının itenmeindendir. 5. Ağ Geometrik Şeklinin ve Kareel Göz Boyutunun Taarıma Etkii Ağın kare ya da dikdörtgen olmaı durumlarında, geometrik şeklinin topraklama ağı taarımına etkilerini incelemek amacıyla, 64 m 2 alanlı trafo merkezinin topraklama ağı hem kare(8x8) hem de dikdörtgen(85x75) şekilli olarak GA ile taarlanmıştır. Uygulamada beleme noktaı ağın merkezi olarak alınmıştır. Tablo 2. Merkezden Belemeli Kare Şekilli Topraklama Ağı Taarımı. Matlab Prog. Girişleri GA Taarım Sonuçları Pop.ay. 5.3333 Mak.gen. 3 lin=col 5 ρ (Ω m) E dokunma-5 68.824 ρ (Ω m) 3 GPR 68.7893 h (m). R g.688 l r(m) 3 L C 256 L=W(m) 8 n r 22 I G(A) C 6878 t (n).5 L 4.889 h b(m) a.62

topraklama direnci iletken GPR uygunluk indüktan çubuk dokunma ger. limiti maliyet Tablo 3. Merkezden Belemeli Dikdörtgen Şekilli Topraklama Ağı Taarımı. Matlab Prog. Girişleri GA Taarım Sonuçları Pop.ay. 5 Mak.gen. 3 lin 7 ρ (Ω m) col 5 ρ (Ω m) 3 E dokunma-5 68.824 h (m). GPR 679.872 l r(m) 3 R g.6799 L(m) 85 L C 27 W(m) 75 n r I G(A) C 783 t (n).5 L 5.833 h b(m) a.62 Şekil 2. İndüktan Etkili Kare Topraklama Ağı Taarımında Generayon Sayıına Bağlı Ağ Simulayon Parametrelerinin Ortalama Değerleri. Taarımda amaçlardan biri, GPR<E dokunma iken, bir diğer amaç da maliyetin minimum olmaıdır. GPR, iletken uzunluğu ve çubuk ayııyla ter orantılı olarak değişir. Yani iletken uzunluğu ve çubuk ayıı artara GPR düşer. Dolayııyla GPR değerini düşürmek için iletken uzunluğu ve çubuk ayıı artırılabilir. Ancak maliyetin de en az olmaı gerektiğinden, GPR nin dokunma gerilimi limit değerinden düşük, ancak bu değere mümkün olduğu kadar yakın olmaı tratejii izlenilmiştir. Aynı zamanda ağ indüktanının da minimum olmaı gerekmektedir. Şekil 2 den görüldüğü gibi, GA ile yapılan taarımda ortalama 5 generayonda en iyi onuçlar bulunmuştur. Tablo 2 de verilen taarım onuçları, bulunabilecek en iyi onuçlardır. Generayon ayıı ve populayon ayıı çok fazla artırıla bile, aynı optimum onuçların bulunduğu deneylerden görülmüştür. Bu da Şekil 2 ve Tablo 2 onuçlarının optimum onuçlar olduğunu götermiştir. Şekil 2 de görüldüğü üzere, uygunluğun minimizayonu ağlanmıştır.. generayonda 2.7523 6 olan uygunluk ortalamaı 4.generayonda, taarımda elde edilebilecek en düşük değer olan.688 6 e gelmiştir. GPR değeri, birinci generayonda 799.98 iken, 5.generayona kadar ürekli düşerek 662.58 e gelmiştir. 6. generayonda 67.57 ye yükelmiş, 5.generayona kadar artarak 68.79 a gelmiştir. GPR nin dokunma gerilimi limit değeri olan 68.8 e yaklaşma ve bu değerden küçük olma tratejii görülmektedir. GPR nin şekli ve generayonlarda aldığı değerlerin maliyetle tam teri olduğu da görülmektedir.. generayonda.2848 5 olan maliyet ortalamaı, ilk 5 generayonda ürekli artarak 5. generayonda.28 5 e gelmiştir. 6. generayonda.9756 5 e düşen maliyet ortalamaı 4.generayonda.6878 5 e düşmüştür. Dolayııyla maliyetle GPR nin birbiriyle ter orantılı olduğu görülmektedir. Bunun nedeni, iletken uzunluğu artınca maliyetin artmaı ve GPR nin düşmeidir. Minimum ağ indüktanı hedefine uygun olarak,. generayonda 26.28 olan indüktan ortalamaı 5. generayondan itibaren optimum değer olan 4.889 a gelmiştir. uygunluk GPR iletken topraklama direnci 4 x 6 2 8 6 5.9.8.7 maliyet dokunma ger. limiti çubuk indüktan 2 x 5 682 68 678 2 4 2 Şekil 3. İndüktan Etkili Dikdörtgen Topraklama Ağı Taarımında Generayon Sayıına Bağlı Ağ Simulayon Parametrelerinin Ortalama Değerleri. Dikdörtgen şekilli topraklama ağı taarımında, adece ağ indüktanı heabı değişmektedir. Çünkü ağın uzunluk/genişlik oranı artık değildir. Amaç yine GPR<E dokunma, minimum maliyet ve minimum ağ indüktanıdır. Hem kare hem de dikdörtgen şekilli ağ taarımlarında kareel göz boyutu optimizayonu, özindüktan dolayııyla ağ indüktanı heabında kullanıldığı için, şarttır. Dikdörtgen şekilli ağ taarımında, uygunluk ortalamaı. generayonda 2.795 6 den ürekli düşerek 8. generayondan itibaren.7 6 ye gelmiştir. Amaçlanan minimizayon yine ağlanmıştır. Başlangıçta 44. olan iletken uzunluğu ortalamaı 9. generayondan itibaren 27 olmuştur. Kare şekilli topraklama ağında 256 m bulunan iletken uzunluğu, dikdörtgen topraklama ağında artarak 27 m olmuştur. Dolayııyla maliyet artmıştır. Başlangıçta.276 5 olan maliyet ortalamaı,.78 5 e yükelmiştir. Çubuk ayıı ortalamaı da minimum maliyet eaında, başlangıçta 24.9 iken 9. generayondan itibaren arama aralığının minimum değeri olan a gerilemiştir. Ağ indüktanı kareel göz boyutuyla doğru orantılıdır. Kareel göz boyutu da, göz ayııyla ter orantılıdır. Yani kareel göz boyutu artara, göz ayıı azalır. Kare şekilli topraklama ağında 5.3333 olan kareel göz boyutuyla toplam 3 göz ayıı, dikdörtgen şekilli topraklama ağında 5 m olan kareel göz boyutuyla 32 göz

ayıı elde edilmiştir. Dikdörtgen topraklama ağında daha düşük kareel göz boyutu elde edilmeine rağmen, daha yükek ağ indüktanı değeri elde edilmiştir. Bunun nedeni, hem ağın uzunluk/genişlik oranının kare şekilli ağdakinden daha fazla olmaı hem de D katayıının artmaındandır. Göz ayıı arttıkça D katayıı değeri de artmaktadır. Ağ indüktanı, kare ağda 4.889 iken dikdörtgen ağda 5.833 olmuştur. uygunluk GPR maliyet dokunma ger. limiti 6. Ağ Beleme Noktaının Taarıma Etkii Ağ beleme noktaının taarıma etkiini göterebilmek amacıyla Tablo 3 de uygulamaı göterilen topraklama ağı taarımıyla, Tablo 4 deki taarım uygulamaı karşılaştırılacaktır. Program girdileri, Tablo 3 deki dikdörtgen şekilli topraklama ağı taarımındaki gibi alınmakla beraber adece beleme noktaı ağın bir köşei olarak alınmıştır. Tablo 4. Köşeden Belemeli Dikdörtgen Şekilli Topraklama Ağı Taarımı. Matlab Prog. Girişleri GA Taarım Sonuçları Pop.ay. 5 Mak.gen. 3 lin 7 ρ (Ω m) col 5 ρ (Ω m) 3 E dokunma-5 68.824 h (m). GPR 679.872 l r(m) 3 R g.6799 L(m) 85 L C 27 W(m) 75 n r I G(A) C 783 t (n).5 L 35. h b(m) a.62 Tablo 3 ve Tablo 4 deki dikdörtgen şekilli topraklama ağı taarımları incelendiğinde, köşeden belemeli taarımda ağ indüktanı hariç diğer imulayon onuçlarının değişmediği görülmektedir. GA ile yapılan köşeden belemeli taarımda, aynı iletken uzunluğu ve aynı çubuk ayıı bulunmuş, dolayııyla maliyet ve dokunma gerilimi limit değeri de aynı olmuştur. Ancak ağ indüktanı değeri, merkezden belemeli taarımda 5.833 iken köşeden belemeli taarımda 35. olmuştur. Köşeden belemeli taarımda ağ indüktanı değeri yaklaşık 7 kat artmıştır. Bunun nedeni de ağ indüktanı heabında kullanılan D katayıının köşeden belemeli durumda daha büyük olmaındandır. Beleme noktaı karşılaştırmaı uygulamaında indüktan hariç taarım imulayon onuçlarının değişmemei, yapılan taarımların doğru ve optimum olduğunun da götergeidir. Köşeden belemeli taarımda da uygunluk ortalamaı başlangıçta 2.74 6 iken ürekli azalarak 2. generayonda.7 6 olmuştur. GA ile yapılan taarımda amaç uygunluk fonkiyonunun minimizayonu olduğundan uygunluk fonkiyonunu minimum yapan iletken uzunluğu ve çubuk ayıı bulunmuştur. İlk generayonda kareel göz boyutu yükek, toplam iletken uzunluğu düşük olduğundan 5.265 olan ağ indüktanı değeri 2. generayonda 35. e düşmüştür.. generayonda toplam iletken uzunluğu 539.4 iken 4. generayonda 33.8 e yükelmiş, 2. generayonda 27 olmuştur. Maliyet de benzer şekilde değişmiştir. iletken topraklama direnci Şekil 4. İndüktan Etkili Köşeden Belemeli Dikdörtgen Topraklama Ağı Taarımında Generayon Sayıına Bağlı Ağ Simulayon Parametrelerinin Ortalama Değerleri. 7.Sonuçlar Bu çalışmanın özgün noktaı ağ indüktanı etkili topraklama ağı taarımının GA ile yapılmaıdır. Literatürde ağ indüktanı etkili topraklama ağı taarımına ratlanmamakla birlikte, elde edilen onuçlardan GPR<E dokunma emniyet şartını ağlayan en düşük maliyetli, toplam iletken uzunluğu(kareel göz boyutu) ve çubuk ayıı elde edilmiştir. Sonuçların optimumluğu minimum maliyet ve emniyet şartı için GPR nin E dokunma değerinden küçük, ancak ona oldukça yaklaştırılmış olduğundan da görülmektedir. Bu çalışmada, topraklama ağlarının taarımında, darbe empedanını ve kıa devre akımlarını kontrol eden önemli parametrelerden olan ağ indüktanının etkii göz önünde bulundurulmuştur. Topraklama ağının indüktanı, kareel göz boyutuna, kullanılacak iletkenin keitine dolayııyla yarıçapına, beleme noktaına ve ağın kare ya da dikdörtgen geometrik şekline bağlıdır. GA ya dayalı yapılan uygulamalardan, dikdörtgen şekilli ağ taarımlarında hem maliyetin hem de ağ indüktanının kare şekilli topraklama ağına göre daha fazla olduğu görülmüştür. Başka bir uygulama onucu da, köşeden beleme durumunda ağ indüktanının, merkezden beleme durumuna göre arttığıdır. Ağ indüktanı etkili GA ya dayalı yapılan taarımda, göz boyutu optimizayonu yapılmıştır. Göz boyutu, ağ indüktanı ile doğru orantılıdır. Göz boyutunun artmaı yani göz ayıının azalmaıyla ağ indüktanı da artacaktır. GA taarımlarında ortalama populayon, 5-2 generayonda optimum onuçlara ulaşılmaktadır. Generayon ayıı ve populayon ayıı çok fazla girildiğinde de aynı optimum onuçların bulunduğu tüm deneylerden görülmüştür. Ağ indüktanının minimum olmaı için, beleme noktaının ağın merkezinde olmaı ve ağın geometrik şeklinin kare şeklinde olmaının avantajlı olacağı, topraklama ağı taarımlarında da görülmüştür. Göz ayıının artırılmaıyla dolayııyla daha fazla iletken kullanılmaıyla, ağ indüktanı düşürülebilineceke de Dünya metal boraında gün geçtikçe fiyatı yükelen ve pekülatif değişen bakır iletkenden kaynaklanan maliyet te oldukça fazla artacaktır. Bu nedenle maliyeti ve emniyet şartlarını (GPR<E dokunma) da içine alan minimum ağ indüktanını ağlayan optimum topraklama ağı taarımı GA ya dayalı olarak yapılmıştır. çubuk indüktan

Böylece, taarlanan topraklama ağından, minimum maliyetle makimum performan elde edilebilinecektir. Kaynaklar [] Lee, C.H., Chang, C.N., Comparion of 6/69-kV Grounding Grid Deign Between Indoor-Type and Outdoor-Type Subtation, IEEE Tranaction on Power Delivery, Vol.2, No.2. 385-393, 25. [2] Zhongdong, D., Zhenyu, Y., Xihan, W., Hua, X., The Optimum Deign of Grounding of Large Subtation, Proceeding of the XIVth International Sympoium on High Voltage Engineering, -5, 25. [3] Ghoneim, S., Hirch, H., Elmorhedy, A., Amer, R., Improved Deign of Square Grounding Grid, IEEE International Conference on Power Sytem Technology, 26. [4] Nahman, J.M., Djordjevic, V.B., Maximum Step Voltage of Combined Grid Multiple Rod Ground Electrode, IEEE Tranaction on Power Delivery, Vol.3, No.3, 757-76, 998. [5] Khodr, H.M., Salloum, G.A., Saravia, J.T., Mato, M.A., Deign of Grounding Sytem in Subtation uing a Mixed-Integer Linear Programming Formulation, Electric Power Sytem Reearch EPSR- 27, 28. [6] Sun, W., He, J., Gao, Y., Zeng, R., Wu, W., Optimal Deign Analyi of Grounding Grid for Subtation Built in Nonuniform Soil, IEEE, 455-46, 2. [7] Khodr, H.M., Salloum, G.A., Miranda, V., Grounding Sytem Deign in Electrical Subtation:An Optimization Approach, IEEE, 26. [8] Güru, B., İnce, M.C., Genetik Algoritmalar İle Yükek Gerilim İtayonlarında Optimum Topraklama Ağı Taarımı, Fırat Üniveritei Fen ve Mühendilik Bilimleri Dergii, Cilt:9, Sayı:4, 5-524, 27. [9] Thaananutariya T.,Spuntupong K.,Chatratana S.,Deign of Grounding Sytem for GIS Indoor Subtation,TENCON 24,IEEE Region Conference,Vol.3,43-46, 24. [] Ma, J., Dawalibi, F.P., Computerized Analyi of Grounding Plate in Multilayer Soil, IEEE Tranaction on Power Delivery, Vol.24, No.2, 65-655, 29. [] Coa, L.M., Comparative Study between IEEE Std.8-2 and Finite Element Method Application for Grounding Sytem Analyi, IEEE, -5, 26. [2] Cao, X., Wu, G., Zhou, W., Li, R.,New Method for Calculating Ground Reitance of Grounding Grid Buried in Horizon Two-Layer Soil, International Conference on High Voltage Engineering and Application, 24-244, 28. [3] Puttarach, A., Chakpitak, N., Kairawat, T., Pongriwat, C., Subtation Grounding Grid Analyi with the Variation of Soil Layer depth Method, IEEE Powertech, 88-886,27. [4] Darman, A., Sonlu Farklar Yöntemi İle Topraklama Ağlarındaki Potaniyel Dağılımın Heaplanmaı, Yıldız Teknik Üniveritei Fen Bilimleri Entitüü, 26. [5] Çelikyay, M., Enerji Sitemlerinde Topraklama Ağlarının Bilgiayar Detekli Analizi, İTÜ, Fen Bilimleri Entitüü, 995. [6] Gupta, B.R., Singh, V.K., Inductance of Rectangular Grid, IEEE Tranaction on Power Delivery, Vol.7, No.3, 28-222, 992. [7] Güru, B., İnce, M.C., Uniform Toprak Modelinde Genetik Algoritmalara Dayalı Darbe Empedanı Etkili Topraklama Ağı Taarımı, BMYS 28, 45-422,28. [8] Güru, B., İnce, M.C., Heterojen Toprakta Genetik Algoritmalara Dayalı Ağ Taarımı İçin Yeni Bir C Formülü,YA/EM, Galataaray Üniveritei, 28. [9] IEEE Std.8-2, IEEE Guide for Safety in AC Subtation Grounding. [2] Chang C., Lee C.H., Computation of Ground Reitance and Aement of Ground Grid Safety at 6/23.9 kv Indoor-Type Subtation, IEEE Tranaction on Power Delivery, Vol.2, No.3, 25-26, 26. [2] Enerji Piyaaı Düzenleme Kurumu, Elektrik İletim Sitemi Arz Güvenilirliği ve Kalitei Yönetmeliği, 25639 ayılı Remi Gazete, 24.