GAP YÖRESİNDE TARIMSAL SULAMA AMAÇLI ELEKTRİK KULLANIMI Hasan Sami AKSÜYEK Türkiye Elektrik İletim A.Ş (TEİAŞ) Çiğdem TOPÇU Türkiye Elektrik İletim A.Ş (TEİAŞ) Beyhan POLAT Türkiye Elektrik İletim A.Ş (TEİAŞ) ÖZET Türkiye genelinde ekonomik olarak sulanabilir alanın %20 ni bünyesinde bulunduran GAP yöresinde, bölgesel sulama projelerinin büyük bir bölümü hayata geçirilmemiş olup, mevcut sulamanın önemli bir bölümü, DSİ Tarımsal Sulama Koordinasyonu dışında elektrik enerjisi kullanılarak yer altı kaynak suları vasıtasıyla yapılmaktadır. Kaçak elektrik kullanımının en üst seviyede olduğu yörede, elektrik tüketimi plansız ve kontrolsüzce artmaktadır. Pilot olarak ele alınan Ş.Urfa Viranşehir-Siverek bölgesinde 850.000 dekar sulu arazi üzerinde yaklaşık 5.000 adet sulama kuyusu bulunmaktadır. Her bir kuyuda 160 kva lık dağıtım trafosu, 150 kva lık gerilim regülatörü ve 82 kw asenkron dalgıç motor bulunmaktadır. Dağıtım şebekesinde yaşanan gerilim problemleri hedef alınarak detaylı ölçümler yapılmış ve problemlerin İletim sistemine yansımaları görüntülenmiştir. Yapılan ölçüm neticesinde, yörede sulama amaçlı kontrolsüz ve plansız elektrik kullanımı sonucu enerji kalitesindeki bozulmanın hangi boyutlara geldiği gösterilmekte, ülke kaynaklarının verimli kullanımı ve yörede kaliteli elektrik hizmeti sunulabilmesi için GAP yöresi Bölgesel Sulama Projelerinin bir an önce hayata geçirilmesi gerekliliği ortaya konulmaktadır.
1-GİRİŞ Yüzölçümü 780.000 km2 olan GAP Bölgesinde 2005 yılı sonu itibarı ile bölgesel sulama projesinin işletmeye giren kısmı % 13 olarak gerçekleşmiştir [1]. Sulama ağının yetersiz olması bölgedeki Tarımsal sulamayı bireysel yapılaşmaya götürmüştür. Yeraltı su rezervlerinin bireysel kullanımı, DSİ Tarımsal Sulama Koordinasyonu dışında büyümüş ve beraberinde birçok sorunu gündeme getirmiştir. Bölgede Tarımsal Sulamanın sadece Elektrik Enerjisi kullanılarak yapıldığı göz önüne alındığında sulamadaki plansız ve koordinasyonsuz büyümenin olumsuz etkileri Elektrik Sistemine doğal olarak birebir yansımaktadır. Elektrik Sisteminde yaşanan sorunlar döngü haline geldiğinden çoğu kez problemi genelleyerek tahmini ve kişisel fikirlerle yorumlamak yerine ileride yapılabilecek çalışmalara örnek oluşturabilmek amacıyla her yıl sulama sezonu süresince bölgede enerji problemlerinin yoğun yaşandığı Ş.Urfa Viranşehir-Siverek bölgesinde geniş katılımlı bir çalışma yapılmıştır. Bu çalışmada bilinçsiz Yeraltı Suyu kullanımının Elektrik Dağıtım ve İletim Sistemine etkilerinin tespiti amaçlanmış, aşağıdaki incelemelerde bulunulmuştur. Kayıt dışı ve kontrol edilemeyen Yeraltı Su Kaynakları kullanımının incelenmesi. Kuyularda kullanılan Asenkron Motorların Elektrik Dağıtım şebekesinde oluşturduğu yük karakteristiğinin incelemesi. Dağıtım şebekesine bağlı pompa motor ve trafo tesislerinin teknolojilerinin incelenmesi Dağıtım Şebekesinde güç dengesinin ve kalitesinin incelenmesi. Dağıtım sistemindeki kirlenmenin İletim sistemine yansımalarının incelenmesi. 2-SİSTEM TESPİTNE YÖNELİK ÇALIŞMA ESASLARI VE YAPILAN ÖLÇÜMLERİ Problemleri analiz etmek ve sınıflandırmak konusunda teorik verilerin işe yaramayacağı aşikar olan bölgede; güncel sonuçlar almak için pratik ve gerçekçi bir yöntem aranmış ve mevcut sistem şartlarına dayalı ölçüm metodu kullanılmıştır. Ölçüm önceliklerinde özellikle sulama sezonunu oluşturan yaz aylarında tarımsal sulamanın yoğun olarak yapıldığı Viranşehir bölgesi pilot alan seçilmiştir. Çalışmalar sırasında bölge halkının da katılımı sayesinde gerilim problemi iletim Sisteminden Dağıtım fiderlerinin uç noktalarına kadar takip edilebilmiştir. Ölçüm çalışmaları
bitirildikten sonra hali hazırda Elektrik Sisteminde gerilim problemlerini açıklayacak, sınıflayacak, nedenleri hakkında yönlendirici olacak bilgi birikimleri derlenmiş ve bu süreç içinde yöresel pompa imalatçıları ile görüşülerek sulama motorları ve dalgıç pompaların yapısı ve çalışma şartları hakkında bilgi alınmıştır. Ayrıca Ş.Urfa DSİ den Yeraltı Su Kaynakları ile ilgili yetkililerle görüşülerek öne sürülen fikirler tartışılmıştır. Çalışmaların sonucunda problemlere neden oluşturan birçok etken ortaya çıkartılmıştır. Tüketim noktaları, Dağıtım fiderleri ve İletim fiderleri olmak üzere üç temel ölçüm noktası seçilmiş olup ölçüm noktaları Şekil-1 de görüldüğü gibidir. Viranşehir TM ölçüm noktası-1 ölçüm noktası-2 reaktif güç kompanzasyonu Z hat R+JX dağıtım hattının toprağa göre kapasitansı Z dağtım trafosu R+JX Xr ölçüm noktası-3 Xm Rr 1- s Rr Şekil 1: Ölçüm Noktaları Ölçüm sonuçları empedans düzleminde değerlendirildiğinde: Elektrik İletim sisteminde gerilim hareketlerinin sulama motoru olarak kullanılan asenkron motor karakteristiğiyle neredeyse aynı özellikleri sergiledikleri görülmüştür(dağıtım fiderlerinden çekilen enerjinin tamamının dalgıç pompaların asenkron motorlarında kullanıldığı düşünürsek sonuç şaşırtıcı değildir).
Şekil 2: Viranşehir TM 154 kv ve 33 kv Fider Aktif Güçleri Şekil 3: Viranşehir TM 154 kv ve 33 kv Fider Reaktif Güçleri Viranşehir Trafo Merkezinde 154 kv Ş.Urfa, 33 kv Karakeçili, Eser, Zümrüt Fiderlerinin aktif ve reaktif güç dalgalanmaları Şekil-2 ve Şekil-3 de görüldüğü gibidir
Şekil 4: Viranşehir TM 154 kv ve 33 kv Bara Gerilimleri Viranşehir TM 154 kv ve 33 kv bara gerilimlerinde 120 dakika ölçümlerde nominal faz-nötr gerilimi 90 kv olan sistemde gerilim 80 kv ila 60 kv arasında 16 defa ani voltaj salınımı yaşanmışdır. Bu yaklaşık %30 luk ani gerilim düşümüne karşılık gelmektedir. Şekilden de görüleceği üzere sulama kuyularının enerji çektiği 33 kv baralardaki ani gerilim düşümleri eş zamanlı olarak 154 kv sisteme yansımaktadır. 3-İLETİM SİSTEMİNDEKİ TESPİTLER: Bölgedeki Trafo Merkezlerinin Kurulu gücü yeterli olmasına karşın (sadece Viranşehir Trafo Merkezlerinde 350 MVA lık kurulu güç mevcut) gerilim probleminin yaşanıyor olması dikkatleri İletim hatlarına çekmektedir. Güç Kaynakları ile Trafo Merkezleri arasındaki mesafelerin uzun ve iletken kesitlerinin yetersiz olması 154 kv Enerji İletim Hatlarındaki kayıpları arttırmaktadır. Bu nedenle kaynaktan alınan enerji Trafo Merkezlerine istenilen genliklerde aktarılamamaktadır. Kurulu gücü ne kadar yeterli olursa olsun Trafo Merkezinin Güç kaynağına yakınlığı daha önemli bir faktör durumundadır. Ayrıca Güç Trafolarının çalışma rejimleri içinde güçlerini dengelemeye çalışacakları gerçeği unutulmamalıdır. Güç trafoları gerilim parametresini nominal sınırlarının altında aldıklarında yüksek akım çekerek güç dengesi sağlamaya çalışacaklardır. Devamlı yüksek akım çekerek çalışan güç trafolarının uğrayacağı tahribat ise ayrıca düşünülmesi gerekli bir konudur.
Özellikle tarımsal sulamanın yapıldığı yaz aylarında; İletim Şebekesinde gerilim genliklerinin sürekli olarak nominal değerlerinin çok altına düştüğü ve Güç Trafolarında kademe değiştiricilerinin bile gerilim dengelemede yetersiz kaldığı ölçüm çalışmalarında görülmüştür. 4-DAĞITIM SİSTEMİNDEKİ TESBİTLER: Bölgede kurulu güç açığı olmamasına rağmen gerilim probleminin yaşanıyor olması Enerji İletim Sistemindeki kayıpları gündeme getiriyor olsa da unutulmaması gereken en önemli etken Dağıtım fiderlerinin dinamik yük karakteristiğine sahip olmasıdır. Dinamik yükün zaman zaman aşırı reaktif enerji tüketimiyle İletim Sistemindeki kayıplar daha da artmakta ve enerji İletiminin temel kriteri olan gerilimin hem genliğinde düşüş hem de şeklinde bozulmalar oluşmaktadır. Gerilim düşümleri İletim Hatlarının zayıflığından değil de Dağıtım fiderlerinin yüklerinden kaynaklanıyorsa: - Güç merkezleri arasında gerilim dengesi kontrol edilebilir mi? - Oluşacak gerilim düşümleri önceden tahmin edilebilir mi? - Önlem geliştirilebilir mi? soruları akla gelmektedir. Ancak kayıt dışı büyüme Dağıtım sistemindeki parametreleri (hat uzunluğu, kesiti, bağlantı durumları, dağıtım trafo adedi, kapasiteleri, bağlantı şekilleri, dağıtım kapasitörleri sayısı, yerleri, sulama kuyularının sayısı, motor güçleri, gerilim regülatörü bilgileri v.s.) belirsizleştirdiğinden yaklaşık rakamlara ulaşmak dahi mümkün olamamıştır. Plansız büyüme gösteren Dağıtım fiderleri için yapılacak teorik hesaplamalar güncel olamayacağından karşı tedbirler geliştirmek konusunda yeterli veri bulunamayacaktır. Bahsettiğimiz nedenlerden ötürü ölçüm yapılarak atılacak adımlar bölgenin gerçekten rahatlatılması için yapılacaklara temel oluşturacaktır. Ölçümlerden açıkça görülmüştür ki Dağıtım fiderlerindeki dinamik yükün çekeceği reaktif güç statik kompanzasyon ile karşılanamayacak kadar değişim göstermektedir. Değişen yük grafiğine göre hızlı hareket edebilecek yeni devre elemanlarının takviyesine ihtiyaç vardır.
5-KUYU İÇİNDEKİ SU HAREKETİ VE POMPA MOTORLARINA ETKİSİ Pompa debisi m³/h - Kuyu debisi Şekil 5: Kuyu ve Pompa Düzeneği Kuyudaki suyun kullanılmasında kuyu debisi ile suyun çekileceği pompa debisi arasında mutlak bir denge şartı sağlanmalıdır.aksi takdirde kullanılacak su miktarında, pompa randımanında ve sistemden çekilecek elektrik enerjisinde olumsuzluklar yaşanmaktadır. 1 Kuyu debisinin pompa debisinden fazla veya eşit olması durumunda; KUYU DEBİSİ POMPA DEBİSİ ELEKTRİK MOTORU İÇİN YETERLİ SOĞUTMA YAPILIYOR! POMPA PERVANELERİ İLE GÖVDE ARASINDA MEYDANA GELEN SÜRTÜNME NORMAL BOYUTLARDADIR! Şekil-6: Kuyu Debisi Pompa Debisinden Fazla
Pompa veya motor hasarlanmayacak, motor normal yükte çalışacak, reaktif güç ihtiyacı olmayacak ve fazla akım çekmeyecektir. Dağıtım şebekesini zorlamayacak ve bozucu etki yaratmayacaktır. Ekstra enerji sarfiyatı olmayacaktır. 2 Kuyu debisinin pompa debisinden düşük olması durumunda; KUYU DEBİSİ < POMPA DEBİSİ ELEKTRİK MOTORU İÇİN YETERLİ SOĞUTMA YAPILAMIYOR! POMPA PERVANELERİ İLE GÖVDE ARASINDAKİ SÜRTÜNME BÖLGESİNDE YAĞLAMA GÖREVİ YAPAN SU YETERİNCE BULUNMAYACAĞINDAN DOLAYI SÜRTÜNME YÜKSEK BOYUTLARA ULAŞIR. HATTA BİR SÜRE SONRA PERVANE VE GÖVDEDE YANMALARA SEBEP OLUR! BU ESNADA MOTOR YÜKSÜZ GİBİ ÇALIŞACAK DÜŞÜK AKIM ÇEKECEKTİR. ANCAK STATOR, ROTORUN DÖMESİ İÇİN GEREKLİ MANYETİK ALANI REAKTİF GÜÇ ÇEKEREK SAĞLAMAYA ÇALIŞACAKTIR. MOTORUN REAKTİF GÜÇ TALEBİ KAYNAĞA Şekil-7 Kuyu Debisi Pompa Debisinden Az 6- POMPALARDA KULLANILAN ASENKRON MOTORLARDAN KAYNAKLANAN PROBLEMLER: Dağıtım şebekesindeki asenkron motorların çalışma rejimlerinden kaynaklanan dinamik yük karakteristiği zincirleme gerilim problemlerini yaratmaktadır. Dağıtım fiderlerinin her birinde yaklaşık 300 400 adet sulama motorunun bağlı olduğu düşünüldüğünde, bu motorların kapasiteleri oranında devreden enerji çekmeye çalışacakları ve yaşanacak elektriki problemleri daha da arttıracakları bir gerçektir. Ayrıca hat sonu gerilimini düşük alan sulama motorlarının devrinin düşmesiyle Dağıtım fiderlerinden çekilen akımın artması gündeme gelmektedir. Devri düşen motorların çektikleri akımların artmasıyla motorlar aşırı ısınmakta ve çoğu kez hasarlanmaktadır. Bahsedilen probleme karşı tedbir geliştirmek amacıyla kuyu başlarında gerilim regülatörleri kullanılmıştır. Kullanılan gerilim regülatörlerinin Dağıtım fiderlerine getirmiş olacakları ilave empedans ile hatların yüklenmesi daha da artacaktır. Kullanılan gerilim regülatörleri sulama motorları için lokal çözüm gibi görünse de genel olarak bağlı bulundukları elektrik sistemine haricen yük olarak geri dönmektedirler. Hat sonu geriliminin düşmesi ve buna bağlı olarak rotor hızının
düşmesiyle fider empedansının rezistif değerinde ciddi bir azalma gözlenecektir. Fiderin empedans değerinin düşmesiyle hem fiderden çekilen akım artacak hem de fidere ait yük açısında sapmalar meydana gelecektir. Bölgede lokal yapılan ölçümlerde, tamamı asenkron motor yükü olan fiderlerin dinamik bir hareket sergiledikleri gözlenmiştir. Dinamik empedans özelliğine sahip motorların Dağıtım şebekesinin de programsız ve kompanzasyonsuz kullanılmaları periyotsuz ani gerilim dalgalanmalarına ve çökmelerine neden oluşturmaktadır. Dağıtım fiderlerinin boyutları kayıtsız tüketiciler nedeni ile net olarak belirlenememekte ve programlı sulama yapılamamaktadır. Elektriki yönden olayın lokal olarak çözümlenmesi en idealidir. Motor devrelerine ilave edilecek kondansatör elemanlarıyla motorun yaratacağı reaktif güç çekişi tolere edilebilir ve olayın sisteme büyüyerek yansıması asgari düzeye çekilebilir. Dinamik gerilim dalgalanmalarını İletim baralarına kadar taşımak problemsiz alanları da kirletme riski taşıyacaktır.dağıtım fiderlerinde başlayan ve İletim hatlarına ulaşan elektriksel kirlenmenin yayılış hızı çalışmalarda net olarak gözlenmiştir.bu nedenle ikinci bir çözüm yolu olarak Dağıtım fiderlerinde belirli bölgelere kompanzasyon takviyesinin yapılması düşünülebilir. 7-GERİLİM REGÜLATÖRLERİ : Mevcut sistemde gerilim düşümünü önleyici tedbir olarak motorlar ile birlikte kullanılan gerilim regülatörleri su seviyesinin düşmesine rağmen pompanın yine de hızlı bir şekilde çalışmasını sağlamaya çalışarak sistemin toparlanma süresini attırmaktadır. Çünkü kuyu debisinden daha güçlü seçilmiş bir pompanın hızı arttıkça kuyu içindeki su tüketim süresi kısalacaktır. Elektrik Dağıtım sistemi kuyudaki suyun seviyesine göre iniş çıkışlar yaparak düzensiz bir rejim izleyecektir. Bölge halkının kısmi katılımıyla gerçekleştirilen pilot çalışmada gerilim regülatörleri devre dışı bırakılmış ve bölgeyi besleyen Dağıtım fiderinde oluşan gerilim dalgalanmalarının daha uzun periyotlarda gerçekleştiği görülmüştür. Gerilim regülatörlerinin devreden çıkartılmasıyla kuyuda meydana gelen gerilim düşmesi pompanın devir sayısının düşmesine neden olmuştur. Devir sayısı düşen pompanın su çekme debisi azalmış ve belkide kuyu debisine eşitlendiğinden yukarıda açıklanan olaylar yaşanmamıştır.
SONUÇ Bölgede sulama projelerinin hayat geçilememesi neticesinde yöre halkı kayıtsız, plansız, denetimsiz ve teknolojik olmayan tesisler kurarak ve de elektrik bedeline ödemeyerek yeraltı sularını aşırı ve bilinçsiz bir şekilde kullanmaktadır. Elektrik kullanımına bağlı oluşturulan bu yapıda kayıt dışı ve kontrol edilemeyen büyüme neticesinde alınan tedbirler rantabl ve teknik prensiplere uygun olamamaktadır. Sulama sezonundaki Mayıs-Eylül aylarındaki 5 aylık dönemde bölgedeki Trafo Merkezleri %120 kapasite ile İletim Hatları ise %150 kapasite ile yüklenirken, Ekim-Nisan aylarını kapsayan 7 aylık dönemde ise İletim sistemi % 40 kapasite ile çalışmaktadır. Bilinçsiz ve bedelsiz elektrik kullanımı neticesinde; Reaktif tüketimin %60 oranlarına ulaşması, AG ve OG de meydana gelen aşırı yüklenme ve arızalar, kayıpları arttırmakta, İletim Sistemi teçhizatında yıpranma ve maliyeti büyük kalıcı arızalar ve enerji kesintileri ile enerjideki kirlenmeye sebep olmaktadır. Konuya sulama boyutuyla bakıldığında; işletmeye alınan Sulama Projeleri bölge talebini karşılayacak seviyeye gelene kadar yeraltı su rezervleri lokal bazda aşırı miktarda kullanılmaya devam edilecektir., Yapılan bilinçsiz ve aşırı sulanma nedeniyle ileriki yıllarda ekolojik dengenin bozulma noktasına varabileceği ve çevresel problemlerin yaşanabileceği göz önünde bulundurularak konu Milli Ekonomimiz açısından değerlendirilmelidir. Bu kapsamda ilgili kuruluşlarında katılımı ile bölgeye yönelik bir uygulama politikası oluşturularak kurumlarım program ve yatırım hedefleri bu programa göre belirlenmelidir. Ayrıca yapılacak çalışmalar neticesinde yöre halkı bilinçlendirilmelidir. Dağıtım fiderlerinin kayıt dışı büyümesi ve koordinasyonsuz yüklenmeleri ile ortaya çıkan reaktif güç talebi kompanze edilmedikçe, İletim Sistemi boyutunda yapılacak iyileştirmeler Elektrik Sisteminde Güç Stabilizasyonunu ve güç kalitesinde iyileşme sağlanamayacaktır. REFERANSLAR [1] basbakanlik.gov.tr
HASAN SAMİ AKSÜYEK. 1984 yılında O.D.T.Ü. (G.Antep Kampusü) Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümünden Mezun oldum. 1984 yılında Türkiye Elektrik Kurumunda Role Mühendis olarak göreve başladım. G.Antep de, RÖA Baş Mühendisi,Grup Başmühendisi,İşletme Bakım Müdürü ve İşletme Grup Müdürlüğü görevlerinde bulundum.1997 yılında Baş Uzman oldum.kendi isteğimle görevinden istifa ettim ve Özel sektörde, Adıyaman-Kahramanmaraş Elektrik Dağıtım Şebekesinin Özelleşmesini alan AKEDAŞ firmasında yönetici olarak görev aldım Enerjideki özelleşmenin gerçekleşmemesi nedeni ve ile Temmuz 2003 de TEİAŞ G.Antep 12.İletim Tesis ve İşletme Grup Müdürü olarak Kuruma yeniden döndüm Halen TEİAŞ Genel Müdürlükte Strateji Geliştirme ve Performans İzleme Müdürü olarak görev yapmaktayım.
Çiğdem TOPÇU 1998 yılında Gaziantep Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği bölümünden mezun oldum ve aynı yıl Kuzeybatı Anadolu Röle ve Ölçü Aletleri Müdürlüğünde Röle Mühendisi olarak göreve başladım.daha sonra Gaziantep İşletme Grup Müdürlüğünde aynı göreve devam ettim. 2004 yılından itibaren 12.İletim Tesis ve İşletme Grup Müdürlüğünde AR-GE Biriminde çalışmaktayım. 380 kv, 154 kv, 34.5 kv İLETİM SİSTEMİNİN sekonder korumalarının koordinasyonu, devreye alınması ve işletilmesiyle ilgili Şalt Sahalarında aktif olarak çalıştım.sistemde oluşan arızaların incelenmesi ve araştırmasının yanı sıra istatistiksel verilerin oluşturulması çalışmalarını yürüttüm.kurumumuz Taşra teşkilatında ve Grup Müdürlüğümüzde ilk defa oluşturulan AR-GE Biriminin kuruluşunda aktif görev aldım.bu birimin sorumluluğunu ve çalışmaları yürütmekteyim.
Beyhan POLAT 1993 yılında Türkiye Elektrik Kurumunda Elektrik Teknisyeni olarak göreve başladım. 1998 yılında Atatürk Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümünden mezun odum. 1998 yılında G.Antep İletim işletme Bakım müdürlüğünde İşletme mühendisi olarak görev aldım. Halen Aynı müdürlükte AR-GE biriminde görev yapmaktayım. 380 kv, 154 kv, 34.5 kv İletim sistemindeki primer teçhizatın devreye alınması ve işletilmesiyle ilgili Şalt Sahalarında aktif olarak çalıştım.