ERALTI ENERJİ KABLOLARINDA MEDANA GELEN ARIZALARDA, ARIZA MESAESİNİN APA SİNİR AĞLARI (SA) KULLANILARAK BELİRLENMESİ * edat GÜN, ** Sedi akka ÜSTÜN *Celal Baar Ünv., **Celal Baar Ünv. Müh. ak. vedat.gun@baar.edu.tr, vutun@hotmail.com ÖZET Bu çalışmada, er altı enerji kablolarında kıa devre arızalarından dolaı medana gelen geçici rejim olalarından, SA kullanılarak, arıza meafeinin belirlenmeine çalışılmıştır. SA nın lineer olarak ifade edilemeen bağıntıları ortaa çıkarmada ii bir performan göterdiği şimdie kadarki değişik alanlarda apılan çalışmalarda görülmüştür. SA nın bu özelliği, üç faz kıa devre arıza tipinde hat başı akımının geçici rejim değerlerinin genlik ve harmonik bileşenleri ile arıza meafei araındaki ilişkii ortaa koarak, arıza anında hat başından itibaren kaçıncı kilometrede arıza olduğunun belirlenmeinde kullanılmıştır. arklı meafelerde medana gelen arıza ile SA itemi tet edilerek arıza meafeini bulmadaki başarıı değerlendirilmiştir. Anahtar kelimeler: er altı kabloları, SA,Geçici Rejim.GİRİŞ Elektrik enerjii iletim itemlerine olan ihtiaç gittikçe artmakta, bu durum endütrielleşmiş toplumlarda enerjinin kaliteli ve güvenilir bir şekilde unulmaı ihtiacı gibi birçok problemi beraberinde getirmektedir. Enerji ağlaıcılar ve tüketiciler her ikii de değişik ebeplerden kanaklanan artan zorlukların farkındadırlar. Havai hatların medana getirdiği görüntü kirliliği ve angın kazalarının mümkün olmaından dolaı, Enerji üreticileri eni iletim hatlarının apımında o bölgede aşaan inanlardan zorlaştırıcı bir tepki görmektedirler. Güzergah eçimindeki zorluklar, havai hat apımında, fazladan maliet medana getiren gerekiz dolanmaları netice vermektedir. İlk tei malietinin daha pahalı olmaına rağmen iletim hatlarının teiinde trend havai hatlardan er altı kablolarına doğru kamaktadır (Kim etc, 995,57). Ancak, ürekli ve güvenilir bir ervi için er altı itemlerinde daha hızlı bir durum tepiti ve hat bounca arıza erinin belirlenmei gerekmektedir. Bu çalışmada, eraltı enerji kablolarında hat bounca medana gelen kıa devre arızalarında, arıza anında medana gelen akım değişimi, eğitme le itemi öğrenebilen SA ile işlenerek, arıza erinin bulunmaına çalışılmıştır. Geçici duruma ait akım değerlerini elde etmek için geliştirilmiş ourier dönüşüm tekniği kullanılarak modelleme apılmıştır. SA itemi, eğitme girişleri ile hedeflenen çıkışlar araındaki ilişkide akınama ağlaana kadar iteraona devam edilmiş, daha onra önerilen item eğitme etinde olmaan verilerle tet edilmiştir.. BİR ER ALTI KABLO SİSTEMİNİN MODELLENMESİ Kablo empedan ve admitan matrileri No lu kanakta belirtildiği şekilde elde edilmiştir []. Bir hattın dağılmış hat parametreleri gözönüne alındığında n iletkenli bir itemde x meafei için için frekan bölgeinde; d / dx = Z.. = P. (.) d I / dx =.Z. I = P T. I (.) denklemleri azılır. Bu denklemler gerekli düzenlemeler apılarak kablo başı ve kablo onu değerleri cininden matri biçimde aşağıdaki gibi azılabilir. I.coth(ψl) S = I R.coech( ψl).coech( ψl) S. (.3).coth(ψl) R Denklem (.3) homojen bir itemin admitan matriini göterir ve iki kapılı düğüm denklemi olarak da ifade edilebilir. Kablo başı ve kablo onu gerilimleri bu matri denkleminden elde edilebilir. Bundan onra, kablo itemine ait imulaon apılır ve gerekli bağıntılar elde edilir []. Daha onra Şekil. den arıza durumuna ait denklemler elde edilir. Şekil. Toprak arızaı olan bir kablonun indirgenmiş diagramı.
Arıza noktaının ağ ve ol taraflarındaki uçlarına ait gerilim ve akımlarını ifade eden matri denklemleri aşağıdaki gibidir: I I I = = A + B A B S B A B A + (.4) (.5) Burada A ve B ol tarafa ait alt matrileri ve A ve B ie ağ tarafa ait alt matrilerdir ani; A =.coth (ψx), B =.coech (ψx), A =.coth (ψ (l - x)), B =.coech (ψ (l - x)) ψ = kablonun propagaon kataıı l = toplam kablo uzunluğu x = arıza noktaının.inci baraa olan uzaklığı S kanağa ait admitan matrii ve, üke ait admitan matrileridir. Arıza noktaına Kirchoff un akım kanunu ugulandığında Şekil. den; I I + I (.6) + 3 = azılır.burada; I. I =. (.7) = 3 ; şeklinde ifade edilir. Burada, arıza admitan matrii,, arıza noktaında arıza öncei işletme gerilimlerinin gerilim vektörü ve, arıza noktaına ugulanan temili kanağa ait gerilim vektörüdür. Denklem (.4), (.5) ve (.6) birleştirildiğinde komple itemin ifadei elde edilir; I I = I A + ( A + A + ) + A Sınır şartları dikkate alınarak (.8) denklemi çözülüre; (.8) B A B A A ( + ) + ( + + ) =. I (.9) ( A + ) B ifadei elde edilir. Burada, denk (.7) de azıldığından; = ( A + ) B. (.) (.) = (A ) B. (.) (.) + olur. Burada denklem (.9) da verilmiştir. Temili kanaktan dolaı oluşan akımlar; = S (.) = S dir. Şekil. den görüldüğü gibi; = ve = dir. Bölece I denklem (.) de ve ve I, erine konularak ifade edilir. ve ve, denklem (.) ve denklem (.) de ifade edilmiştir. Sonuçta elde edilen cevap akımları, temili kanağın ugulanmaıla elde edilen akımları ve arıza öncei itemden akan ük akımının toplamıdır. Sonuç gerilimleri ie arıza önceindeki ürekli hal gerilimleri ve arıza anında iteme ugulanan haali kanağın etkiile medana gelen gerilimlerin toplamıdır; = ( ) + (.3) (.3) = ( ) + (.4)(.4) Anı şekilde arızalı noktaa ait gerilimler de aşağıdaki gibi ifade edilebilir;. = ( ) + (.5), arızalı noktanın onuç gerilim vektörüdür. ( ), ürekli hal gerilimi ve,arıza anındaki temili kanaktan dolaı oluşan gerilim değeridir. rekan bölgeinde elde edilen bu değerler, ter ourier Dönüşüm öntemile zaman bölgeinde elde edilir [3]. 3. APA SİNİR AĞLARI SA lar verilerden hareketle, bilinmeen ilişkileri akıllıca hemen ortaa çıkarabilmektedir. Bu özellikleri, ugulama açıından on derece önemlidir. SA lar çözüm olarak genelleştirilebilir. Bir örnekten hareketle, diğer örneklerdeki benzerlikleri doğru olarak anlaabilirler. Genelleştirme apılabilmei bu bakımdan çok ii bir özelliğidir, çünkü gerçek düna nde ürekli olarak gürültü ve bozucu etkiler mevcuttur. SA lar lineer olmaan apıdadır. Bu özellikleri nedeni ile daha karmaşık problemleri lineer tekniklerden daha doğru çözerler. Lineer olmaan davranışlar hiedilir, algılanır, bilinebilir, ancak bu davranışları a da problemleri matematikel olarak çözmek zordur.
Bu çalışmada kullanılan çok katmanlı perceptron, giriş ve çıkış katmanları araında birden fazla katmanın kullanıldığı SA itemleridir. SA giriş ve çıkışlar araındaki ilişkii öğrenir, bu şekildeki eğitmee öğreticili eğitme denir. Bu itemlerde çıkışların, eğitme veri etinde karşılık gelen değer olmaı itenir. Eğitme işlemi bounca, ağırlık değerleri itenen çıkışları verecek şekilde aarlanır. apılan çalışmada eğitme algoritmaı olarak, delta kurallı hatanın gerie aılmaı algoritmaı kullanılmıştır. Bu algoritma ile ağırlık ve eşik değerleri, gerçek ve itenen çıkışlar araındaki hataı azaltacak şekilde, aşağıdaki denklemlerde verildiği şekilde aarlanmaktadır. pwji ( t + ) = εδ pjopi + α pwji ( t) pθ j ( t + ) = εδ pj + α pθ j ( t) Bu denklemde w ji ; j inci düğüm noktaı ile i inci düğüm noktaını birbirine bağlaan ağırlık değeri, θj; j inci düğümün eşik değeri, ε; momentum oranı, α; öğrenme oranı, δ pj ; p örüntü için hata, o pi ; SA a ugulanan p örüntü etinin ürettiği çıkıştır. 4. UGULAMA ÇALIŞMASI E SONUÇLAR Ugulamada XS(L)XX RM 89/54 Kv tipi tek çekirdekli bir kablo kullanılmış olup kabloa ait değerler Tablo 4. de verilmiştir. Sitem 54 k luk olup kablo uzunluğu 3 km dir. Kabloların toprak altında erleşimi Şekil 4. de göterilmiş olup ölçüler metre cinindendir. TABLO 4. Kullanılan Kablonun Karakteritik Değerleri Çekirdek arıçapı Kılıfın İç arıçapı Kılıfın Dış arıçapı Kablo Dış arıçapı Çekirdeğin Özdirenci Kılıfın Özdirenci Ana İzolaonun Bağıl Dielektrik Sabiti Çekirdek İzolaonunun Bağıl Dielektrik Sabiti Çekirdeğin Geçirgenlik Kataıı Kılıfın Geçirgenlik Kataıı.55 cm 4. cm 4.55 cm 5. cm.7. -8 ohm-m 3.58. -8 ohm-m 4..4.. ukarıda karakteritik değerleri ve konumu verilen er altı kablo iteminde medana gelen üç fazlı bir arızada, hat başı arıza akımına ait geçici durum değerleri, geliştirilmiş ourier tekniği kullanılarak hazırlanmış bir imülaon programı ardımıla elde edildi. Aşağıda bu itemde, 6 ve. km de (hat başından itibaren) medana gelen, belirtilen arıza tipi için hat başı a fazı akımına ait geçici durum nin zaman ve frekan bölgeindeki değerleri görülmektedir. Akım(mA) 3-3 Zaman(m) Şekil 4. 7. km de medana gelen üç faz arızaı için zamana göre A fazı geçici durum akım değişimi 5 5 4 6 8 rekan(hz) Şekil 4.3 7. km de medana gelen üç faz arızaı için A fazı geçici durum akımının frekan bileşenleri Akım(mA) 5 5-5 3 Zaman(m) Şekil 4.4. km de medana gelen üç faz arızaı için zamana göre A fazı geçici durum akım değişimi 4 8 6 4 4 6 8 rekan(hz) Şekil 4. Kablo Siteminin Konumu Şekil 4.5. km de medana gelen üç faz arızaı için A fazı geçici durum akımının frekan bileşenleri
Şekil 4.,4.3,4.4,4.5 de görüldüğü gibi arıza meafeinin artmaıla hat başı akımının genliği azalmakta ve itemdeki harmoniklerin oranı artmaktadır. Bu ilişki göz önüne alınarak, arıza meafeini SA ile bulmak için bu iki değer kullanılmıştır. Hat başı akımının m lik 5 verii fourier dönüşümünden geçirilerek, anlamlı 5 veri 3 verie ortalama alınarak düşürüldü. Akım veriinin kareel toplamı alınıp giriş vektörüne 33. parametre olarak eklenmiştir. Bölelikle 3 tanei fourier dönüşümden bir tanei de genliği ifade etmek üzere her arızaı ifade eden 33 parametre elde edildi. Bu 33 parametree karşılık çıkış olarak arıza meafei SA eğitme etine konulmuştur.,4,6,7,,,,4,5,7,,,7. km lerde arıza durumuna göre akım değerleri alınarak, bu 3 veriden 7,4,. km lerdeki arıza verii tet için arılmış diğerleri eğitme etine konulmuştur. Tablo 4. SA apıının özellikleri Giriş katmanındaki hücre aıı 33 Çıkış katmanındaki hücre aıı Katman aıı Gizli katmandaki hücre aıı 3 Aktivaon fonkionu Sigmoid Hata ınırı, Öğrenme kataıı,7 Momentum kataıı,9 Eğitme etine konan veriler SA nın apıı gereği çıkışlar - aralığına, programın çalışmaında kaan nokta probleminden akınmak için ie girişler - aralığına normalize edilmiştir. Şekil 4.6 de çalışmada kullanılan SA mimarii görülmektedir. X X X 3 X 4 X 5 X 33 Şekil 4.6 Meafe ketiriminde kullanılan SA mimariinin görünümü. Tablo 4. de meafe ketiriminde kullanılan SA nın özellikleri verilmiştir. Öğrenme ve momentum kataıı olarak daha önceki benzer ugulamalarda ve bu çalışmada deneme öntemile ii onuçlar verdiği görülen tablodaki değerler alınmıştır. ukarıda mimarii ve özellikleri verilen SA ile eğitme işlemi apılmış ve item, giriş ile çıkış araında ilişkii kıa ürede bulmuştur. Şekil 4.7 de görüldüğü gibi hata,7 ler evieine. iteraonda gelmeine rağmen işleme devam edilerek. iteraonda, evieine geldiğinde iteraon durdurulmuştur. H a t a,,,8,6,4, 5 İteraon 5 Şekil 4.7 SA nın eğitilmei aşamaında hatanın değişimi Eğitilmiş ağırlık ve eşik değerleri ile oluşturulan SA itemi tet için arılmış verilerle tet edilmiştir. Tablo 4.3 de bu üç tet verii için gerçek değer ile SA nın bulduğu değerler karşılaştırılmıştır. Tablo 4.3 de görüldüğü gibi SA arıza meafeini az bir hata ile ketirmiştir. Tablo 4.3 Tet onuçları. tet. tet 3. tet Gerçek SA ile % Değer bulunan değer Hata 7 Km 7,3958 Km 5,6 4 Km 3,76787 Km,6 Km,95 Km,46 Sonuç olarak, bu apılan çalışma ile, er altı enerji kablolarında medana gelen, üç faz kıa devre arızalarında, arıza meafeinin bulunmaı hedeflenmiştir. Bulunan onuçlar SA nın, hat başı akımının geçici durum nin genliği ve ourier dönüşümünden elde edilen parametreler ile, arıza meafeini belirlemede ii onuçlar verdiğini götermektedir. Bundan onraki çalışmalarda, bu çalışma ile Chul-Hwan Kim ve arkadaşlarının apmış oldukları arıza tipinin belirlendiği çalışma, birlikte ele alınıp, arıza tipi ve erinin belirlendiği eni bir çalışma apılabilir. 5.KANAKLAR [] Ütün, S.., Aenkron Motorun DSP Temelli Kontrolunda apa Sinir Ağları ve Genetik Algoritmalar Kullanılarak PI Kataılarının Optimizaonu, Doktora Tezi,.T.Ü. en Bilimleri Entitüü, 6 f, İtanbul,. [] Wedepohl and Wilcox, D.J. Tranient Anali of Underground Power Tranmiion Stem. Stam
Model and Wavw Propagation Characteritic, Proc.IEE, ol., 973, pp.43-57. [] Unver, U. Tranient Anali of Cable Stem Including The Effect of Non-Linear Protective Device, Ph. D. Thei, UMIST, Mancheter, October, 979. [3] Unver U., Enerji Nakil Hatlarının Kıa Devre Analizi: Çift Taraftan Belenen Hatlar., Elektrik Mühendiliği 6. Ncı Ulual Kongrei, 995, pp. 8-96.