KORONA KAYIPLARI Korona Nedir?

KORONA KAYIPLARI Korona Nedir? Korona olayı bir elektriksel boşalma türüdür. Genelde iletkenler, elektrotlar yüzeyinde görüldüğünden dış kısmı boşalma olarak tanımlanır. İç ve dış kısmı boşalmalar, yerel (bölgesel) boşalmalar olup, dielektrik malzemeyi tamamen kısa devre etmezler. Korona boşalması, iletken çevresinde elektrik alanın yüksekliği nedeniyle oluşan, baskın olarak gazlardaki çarpışma yoluyla iyonlaşmanın sonucudur. Korona, elektrot açıklığına göre küçük yarıçaplı elektrotlarda veya keskin kenar, köşe, sivri uç gibi elektrik alan şiddetinin yüksek olduğu noktalarda meydana gelen, tam olmayan ve kendi kendini besleyen bir elektriksel kısmi (yerel) boşalma türüdür. Korona, bir elektrot üzerindeki elektrik alan şiddetinin elektrot çevresindeki yalıtkanın (havanın) delinme dayanımını aştığı veya çevresindeki yalıtkanın delinme dayanımının elektrot üzerindeki alan şiddetinde boşalma başlayacak kadar azaldığı durumlarda ortaya çıkmaktadır. Hat iletkenleri, bağlantı parçaları, kesici, ayırıcı, parafudr, geçit izolatörü gibi sistem elemanlarının iletkenleri koronanın oluştuğu, görüldüğü yerlerdir. Buralardaki çapaklar, çıkıntılar, sivri uçlar, keskin kenar ve köşeler, cıvata ve somunlar koronanın başladığı öncelikli yerlerdir. EEM344 YÜKSEK GERİLİM TEKNİĞİ

KORONA KAYIPLARI Koronanın Etkileri Eğrilik yarıçapı küçük olan elektrotlarda meydana gelen, kendi kendini besleyen deşarj olayına Korona denir. Bu olay morumsu-mavimsi bir parıltı ile kendini gösterir. Bu bölgede korona etkisi ile ozon oluşur. Yüksek gerilim hatlarında aktif güç kaybı Radyo dalgalarında bozulma (Radio Interferance:RI ve TeleVision Interferance:TVI) Sinüsoidal Korona akımı etkisiyle oluşan gerilim düşümleri Oluşan Ozon etkisiyle iletkenlerde korozyon ve izolasyonun yıpranması Atlamalar, delinmeler ve dolayısıyla arızalar yol açabilir. Kesicilerde ve Gaz İzole Sistemler (GIS) de kullanılan SF 6 gazı korona etkisiyle zehirli gaz türlerine ayrışabilir. EEM344 YÜKSEK GERİLİM TEKNİĞİ 2

KORONA KAYIPLARI Korona Gerilimi Korona gerilimi hatların yarıçapına, hatlar arası açıklığa, hava koşullarına(sıcaklık, basınç) ve hatların pürüzlülüğüne bağlıdır. Peek Korona Gerilimi U k = U 0. δ. + 0,30 r.δ U 0 ;Çarpma ile iyonlaşmanın başladığı gerilim δ ;Bağıl hava yoğunluğu r ; İletken yarıçapı Bağıl Hava Yoğunluğu δ = 0, 386. p mmhg 273+θ( ) İletkenin Yüzey Durumu Pürüzlülük faktörü (m) Parlatılmış iletken,0 Düz ve Yeni iletken 0,98-0,93 Uzun süre hava etkisinde kalmış iletken 0,93-0,88 Örgülü eski iletken 0,88-0,87 Örgülü yeni iletken 0,87-0,8 İçi boş üstü düz(bakır) iletken 0,90 Hat gerilimi ile hatlar arasında akan akımın değişimi EEM344 YÜKSEK GERİLİM TEKNİĞİ 3

KORONA KAYIPLARI Korona Gerilimi Korona gerilimine ulaşıldığında hat üzerindeki korona alan şiddeti, E k = E 0. m. δ. + 0,30 r.δ E 0 ;Çarpma ile iyonlaşmanın başladığı gerilime karşılılık alan şiddetidir (2, 23kV eff /cm). Demet iletkenli hatlardaki maksimum elektrik alan şiddeti, E mak = U n.r.ln a Re. + A. 2.r d Havai hatlarda bu değerin mümkün olduğunca düşük olması istenir. Bu işlem için demet iletkenler arasındaki açıklık (d) arttırılır. n A R 2 d/2 3,73 d/ 3 4 2,2 d/2 EEM344 YÜKSEK GERİLİM TEKNİĞİ 4

KORONA KAYIPLARI Peek ve Peterson Korona Kaybı Formülleri Peek e göre Bir fazlı hat için korona kaybı Üç fazlı hat için korona kaybı P fk = (U f U f0 ) 2 R K P K = 3. P fk = 3. (U f U f0 ) 2 R K U f ; Faz-nötr gerilimi (kv) U f0 ;Çarpma ile iyonlaşmanın başladığı faz-nötr gerilimi (kv) U; Fazlar arası gerilim (kv) P fk ; Bir faza ait korona kaybı P K ;Üç faza ait korona kaybı (kw/km-faz) f ; Frekans (Hz) Peek formülü adı verilen bu formülde R K tekil hat için korona radyasyon direncini ifade eder. R K = δ 24. f+25. a r. 05 kω/km faz EEM344 YÜKSEK GERİLİM TEKNİĞİ 5

KORONA KAYIPLARI Peek ve Peterson Korona Kaybı Formülleri Peek e göre Üç fazlı hatlar için R K nin açık ifade ile korona kaybı P K = 24 δ. f + 25. a r. U U 0 2. 0 5 kω/km Hattın tamamında meydana gelen toplam korona kaybı, P K ile hat uzunluğu ile çarpılarak elde edilir. P T = P K. l (kw) EEM344 YÜKSEK GERİLİM TEKNİĞİ 6

KORONA OLAYI Peterson a göre korona kaybı hesabına iletken yüzey sıcaklığı (T) ve U/U 0 değişen F katsayısı da katılır. bağlı olarak U 0 = 3. E 0. m. δ 2/3. r. ln a r Bağıl Hava Yoğunluğu p mmhg δ = 0, 386. T p; Hava basıncı (mmhg) T; iletken yüzey sıcaklığı ( K) F katsayısı için U U 0 Tablodan km başına korona kaybı Toplam korona kaybı P k = F. 2,.0 5.f.U 2 log a r P Toplam = P K. l (kw) 2 [kw/km] Peterson formülündeki F katsayısının değişimi EEM344 YÜKSEK GERİLİM TEKNİĞİ 7

KORONA OLAYI Örnek: U = 400kV luk üç fazlı l = 200km uzunluğundaki bir enerji iletim hattında iletkenlerin geometrik ortalama yarıçapı r = 6mm, iletkenlerin pürüzlülük katsayısı m = 0, 98 ve fazlar arası geometrik ortalama uzaklık a = 2m dir. Hat boyunca ortalama hava basıncı p = 650mmHg ve hava sıcaklığı θ = 25 C olup yüzey sıcaklığı 70 C dir. Hattın işletme frekansı f = 50Hz olduğuna göre bu hattın Peek e göre; a) Korona gerilimini b) İşletme gerilimindeki korona kaybını hesaplayınız. a) İletken yarıçapı r, iletkenler arası açıklığı a, iletken pürüzlülük katsayısı m ve korona başlangıç alan şiddeti Eo olan üç fazlı bir hat için korona (çarpma ile iyonlaşma) başlangıç gerilimi (U 0 ), U 0 = 3. E 0. r. m. ln a bağıntısı ile hesaplanır. Hava için korona başlangıç elektrik alan şiddeti r E 0 = 30kV tepe /cm = 30 kv 2 eff/cm = 2, 23kV eff /cm alınabilir. Korona başlangıç gerilimi U 0 = 3. E 0. r. m. ln a r U 0 = 38, 392kV eff = 3. 2, 23., 6. 0, 98. ln 200,6 EEM344 YÜKSEK GERİLİM TEKNİĞİ 8

KORONA OLAYI Bağıl hava yoğunluğu δ = 0, 386. p mmhg 273+θ( ) = 0, 386. 650 273+25 = 0, 842 Korona gerilimi U k = U 0. δ. + 0,30 r.δ U k = 404, 4kV eff = 38, 392. 0, 842. + 0,30,6.0,842 b) Peek e göre korona kaybı P = (U U 0) 2 tekil hat için korona radyasyon direncini ifade eder. R K ile hesaplanır. Peek formülü adı verilen bu formülde R K R K = δ.. 24 f+25 R K = 27, 3kΩ/km a r. 05 kω/km = 0,842 24. 50+25. 200,6. 05 İşletme geriliminde km başına korona kaybı İşletme geriliminde toplam korona kaybı P = (U U 0) 2 R K = (400 38,392)2 27,3 = 2, 72kW/km P Toplam = P. l = 2, 72. 200 = 544kW EEM344 YÜKSEK GERİLİM TEKNİĞİ 9

KORONA OLAYI Örnek: Üç fazlı 220kV eff değerinde l = 20km uzunluğunda hat inşa edilecektir. Çapı d = 20mm olan içi boş bakır iletkenler kullanılacaktır. İletkenlerin yüzey pürüzlülük katsayıları m = 0, 85 ve faz iletkenleri arasındaki mesafe a = 5m dir. Hat boyunca ortalama hava basıncı a = 700mmHg ve sıcaklık 35 ve iletken yüzeyi sıcaklığı 70 dir. a) Peek e göre Korona başlangıç gerilimini hesaplayınız. b) Korona kayıplarını Peek ve Peterson a göre hesaplayınız. alınabilir. a) Hava için korona başlangıç elektrik alanı E 0 = 30kV tepe /cm = 30 2 kv eff/cm = 2, 23kV eff /cm Korona başlangıç gerilimi U 0 = 3. E 0. r. m. ln a r U 0 = 94, 087kV eff = 3. 2, 23.. 0, 85. ln 500 EEM344 YÜKSEK GERİLİM TEKNİĞİ 0

KORONA OLAYI Bağıl hava yoğunluğu δ = 0, 386. p mmhg 273+θ( ) = 0, 386. 700 273+35 = 0, 877 Korona gerilimi U k = U 0. δ. + 0,30 r.δ U k = 224, 924kV eff = 94, 087. 0, 877. + 0,30.0,877 b) Peek e göre korona kaybı P = (U U 0) 2 tekil hat için korona radyasyon direncini ifade eder. R K ile hesaplanır. Peek formülü adı verilen bu formülde R K R K = δ.. 24 f+25 a r. 05 R K = 86, 222kΩ/km kω/km = 0,877 24. 50+25. 600,9. 05 İşletme geriliminde km başına korona kaybı İşletme geriliminde toplam korona kaybı P = (U U 0) 2 R K = (220 94,087)2 86,222 = 7, 788kW/km P Toplam = P. l = 7, 788. 20 = 934, 56kW EEM344 YÜKSEK GERİLİM TEKNİĞİ

KORONA OLAYI Peterson a göre korona kaybı hesabına iletken yüzey sıcaklığı ve U/U 0 bağlı olarak değişen F katsayısı da katılır. Bağıl hava yoğunluğu δ = 0, 386. δ = 0, 386. p mmhg 273+T( ) 700 273+75 = 0, 776mmHg U 0 = 3. E 0. m. δ 2/3. r. ln a r = 3. 2, 23. 0, 85. 0, 7762/3.. ln 500 U 0 = 63, 897kV F katsayısı için U U 0 = 220 63,897 =, 342 F 0, 200 İşletme geriliminde km başına korona kaybı P k = F. 2,.0 5.f.U 2 log a r 2 [kw/km] P k = F. 2,.0 5.f.U 2 log a r 2 = 0, 200. 2,.0 5.50.220 2 İşletme geriliminde toplam korona kaybı log 500 2 =, 395kW/km P Toplam = P K. l =, 395. 20 P Toplam = 67, 4kW Peterson formülündeki F katsayısının değişimi EEM344 YÜKSEK GERİLİM TEKNİĞİ 2

KORONA OLAYI Çalışma Sorusu: U = 400kV luk üç fazlı l = 350km uzunluğundaki bir enerji iletim hattında iletkenlerin geometrik ortalama yarıçapı r = 30mm, iletkenlerin pürüzlülük katsayısı m = 0, 80 ve fazlar arası geometrik ortalama uzaklık a = 0m dir. Hat boyunca ortalama hava basıncı p = 760mmHg ve hava sıcaklığı θ = 40 C olup yüzey sıcaklığı T = 75 C dir. Hattın işletme frekansı f = 50Hz olduğuna göre bu hattın a) Peek e göre korona gerilimini b) İşletme gerilimindeki Korona kayıplarını Peek ve Peterson a göre hesaplayınız. EEM344 YÜKSEK GERİLİM TEKNİĞİ 3

KAYNAKLAR Prof.Dr. Muzaffer Özkaya, Yüksek Gerilim Tekniği Cilt ve Cilt 2 (Birsen Yayınevi) Prof.Dr. Özcan Kalenderli, Yüksek Gerilim Elemanları Yrd.Doç.Dr. C.V. BAYSAL Yüksek Gerilim Tekniği Ders Notları EEM344 YÜKSEK GERİLİM TEKNİĞİ 4