Jounal of Enneen an Natual Scences Mühenslk ve Fen lmle Des Sma 9, 8-47, 0 Reseach tcle / aştıma Makales RESERH ND PROEION OF ENERGY RNSMISSION INES FROM HE FERRORESONNE OEROGES hmet NYIR* Fath Ünvestes, Meslek Yüksekokulu, lsaya Poamcılığı ölümü, üyükçekmece-isn Receve/Gelş: 07.09.00 Revse/Düzeltme: 4..00 ccepte/kabul: 8.0.0 SR hs pape focuses on feoesonance ovevoltae n eney tansmsson lnes. Feoesonance s an oscllaton n a non-lnea sees esonance ccut, whch shows ovevoltae an ovecuent wavefoms wth snfcant stoton. he hh voltae equpments may be amae ue to electc an themal poblems of Feoesonance. One of the poblems of eney tansmsson lnes s that they nee to be potecte fom feoesonance ovevoltae. In ths atcle, the ovevoltae of eney tansmsson lnes s nvestate. In oe to abolsh the ovevoltae the ways of usn eactos n the bennn an at the en of eney tansmsson lnes ae shown. vey compehensve analyss s pefome usn tme oman smulatons wth P (ltenatve ansent Poam. Smulaton esults epouce satsfactoly the feoesonant events ecoe un the fel tests n the 500 k. eney tansmsson lnes. numbe of mtaton optons ae scusse. Keywos: Feoesonance, EMP/P, powe system moeln, eney tansmsson lnes, potecton. ENERJİ İEİM HRIND FERROREZONNS ŞIRI GERİİMERİNİN RŞIRIMSI E KORNM ÖZE u makalee enej letm hatlaına feoezonans aşıı elmlene oaklanılmıştı. Feoezonans; ala şekln öneml oana saptıaak aşıı elm ve aşıı akım şeklne alalanaak, oğusal olmayan se ezonans evesne alalanma şeklne haeket etmekte. Feoezonansın ısınma poblemle ve elektkten olayı yüksek elm onanımlaı zaa öebl. Enej letm hatlaı poblemlenen b e sstem feoezonans aşıı elmleen koumaktı. u makalee, feoezonans aşıı elmle ncelenmş ve otaan kalımak çn enej letm hattının başına ve sonuna eaktöleen yaalanmanın yollaı östelmşt. Genş kapsamlı analzle zaman omenne smülasyonla kullanaak P`yle eçekleştlmşt. Smülasyon sonuçlaı 500 k. enej letm hattına, feoezonans olayı ll alan testleyle alakalı olaak kayıtla alınaak yetence tekalanmıştı. zaltılan seçenekle aasınan b etaylanıılmıştı. nahta Sözcükle: Feoezonans, EMP/P, üç sstem moel, enej letm hatlaı, kouma. * e-mal/e-let: anay@fath.eu.t, tel: ( 866 00 / 48 8
Reseach an Potecton of Eney ansmsson nes Sma 9, 8-47, 0. GİRİŞ Güç kaltesn bozucu etkle; elektk azının üvenllğ, kaltes ve süekllğn olumsuz yöne etklemekte. Elektk sstem nn zaafyetle, yüklen bozucu etkle, atmosfe ve oğa olaylaı b kontol elemeyen etkenle neenyle e azalmaktaı. maç, ekonomk olaak yapılabl az üvenllğ ve üç kaltesn en üst üzeye etmekt. Güç kaltesn belleyen bell başlı temel bleşenle; elektk enejs azının süekllğ, fekans, elmn etkn eğe, elme eçc süe çn oluşan çuku (sağ ve tepele (swell, an elm eğşmele, fazla aası eneszlk, elm ve akım ala şekllene oluşan hamonk bleşenle ve kıpışma (flcke olaak sıalanabl. u bleşenlen süekl olaak anma eğelene sabt kalması, veya teak süekllğnn %00 olması eal uum olup, ünyaa mevcut hç b elektk sstem çn eçel eğl. u bleşenlen pek çoğunun anma eğelenen ne kaa sapableceğ eğşk ulusal ve uluslaaası stanatlaa beltlmşt. eknoloj lelekçe, anma eğelene bağlı olaak zn velen sapmalaın aha a küçüleceğ beklenmekte. Hehan b ölçüm noktasına üç kaltes bleşenlenn nasıl ölçüleceğ IE 6000-4-0 stanaına tanımlanmış olup, ece/ünüz, puant, hafta ç ve hafta sonunu kapsaması amacıyla en az b haftalık ölçüm yapmayı eektmekte[]. Elektk enejsnn üetm, letm ve ağıtımı pofesyonel anlamıyla yüksek teknoloj kullanmayı eektmekte. Enej letm hattına; jeneatöle, tansfomatöle, kapastöle, kouma elemanlaı ve yükle bulunmaktaı. öyle b letm sstemne bu tü elemanlaın bulunması evenn faklı çalışma uumlaına veya bazı aıza hallene çeştl fzksel olaylaa yol açabl []. üç sstemne, tansfomatölene bulunuğu hatta yük uplaınan bazılaının eve ışı kalmasıyla yaa çok az yüklenmesyle feoezonans oluşabl[]. Elektk üç sstemlene feoezonansın oluştuğu uzun yıllaı blnmekte. Feoezonansı anlamak ve analz etmek çn çeştl moelle kullanılmıştı. Hayash [4] oğusal olmayan feansyel enklemn yaklaşık peyok çözümünü yapmak çn hamonk balans metounu kullanmıştı. Fekansın çeğne bağlı olaak feoezonans alalanmalaı nomal olaak hamonk, temel, alt hamonk, quas peyok, üzensz feoezonans şeklne sınıflanıılabl[5]. Güç sstemlene feoezonans ın etks tansfomatöle, letm hatlaı ve tüm ekpmanla üzene yıkıcı olabl [6]. Çünkü feoezonansta sstem üzenek elm nomnal elmn yaklaşık olaak (,5- katı olablmekte []. Feoezonans sonucu oluşan aızala zaman zaman blmsel yayınlaın ana konusu olmuştu[7,8]. [9] Haşmov. M., Nay., Dmtyev Y.. Çalışmalaına uzun enej letm hatlaına yüksek hamonkl feoezonans aşıı elmlenen kounma konusunu ncelenmşle. Daha sona açık b şekle, Gelecekte han uuma ve neen fazınak boşaltıcılaın eveen çıktığının sebeplen aaştımak eekecekt. unun çn ayı ayı he b fazın eveen çıkmalaına lşkn statksel bllen toplanmasına eeksnm vaı faes kullanılmıştı. Özet olaak bu çalışma [9] nolu çalışmanın evamıı. Feoezonans oğusal olmayan b olayı ve çeştl yöntemlele analz elebl. u çalışmaa üç fazlı, 500 k. luk sstem elmne feoezonans olayı P paket poamı le moelleneek enel b yaklaşım ele elmşt Sstem üzene analz elmş, sonuçla youmlanmış ve feoezonans etklenn oluştuuğu çeştl akım, elm ala fomlaı ncelenmşt. İncelenen şebeke; jeneatö ve letm sstemnen meyana elmekte. Şebekee kullanılan tansfomatöleen bnn yılız noktası topaklanmıştı. Moellenen ssteme oluşan hamonklen analzle yapılmış ayıca bu analz sonuçlaı eğelenlmşt. Feoezonansın önlenmesne yönelk teblee eğnlmşt. şıı elmle otaan kalımak çn enej letm hattının başına ve sonuna eaktöleen yaalanmanın yollaı östelmşt. u eaktöle, hattın eveye alınmasına kaa evee kalı, hattın eveen alınmasınan sona eveen çıkaılı. Poblemn çözümüne, aha önce yazılmış olan makalelee velen [,0,] ala olaylaının analz çn elştlmş sayısal yöntemen yaalanılmıştı. 9
. Nayı Sma 9, 8-47, 0. ŞIRI GERİİMER şıı elmlen enlkle, şebekenn yapısına ve otaya çıkmalaına yol açan olaylaa bağlı olaak, nomal şletme elmnn bkaç katına kaa çıkablmektele. şıı elmlen otak özellkle, yalnızca otaya çıktıklaı bölümlee eğl; tüm sstem üzene yüüyen alala bçmne, ışık hızı üzeynek hızlala yayılaak, ssteme ye alan tüm ayıtlaın yalıtımlaının zolanmasına yol açablmele. Güç sstemlene otaya çıkan aşıı elmle, elm yükselmele, ç aşıı elmle ve ış aşıı elmle bçmne sınıflanıılablle. İç aşıı elmle, enel olaak eve açma-kapama, sonucuna oluşan aşıı elmle. Dış aşıı elmle, atmosfek etklele otaya çıkan elmle []. Gelm yükselmelene lşkn kaaktestk büyüklükle, elmlen enlkle ve etk süele. Genel olaak şletme sıasına otaya çıkan olaylaan kaynaklanıla. Öneğn jeneatö yükünün kalkması, jeneatöün kapastf yüklenmes, b hava hattının yükünün kalkması, kapastf evenn açılması, faz topak kısa eves b olayla sonucuna veya ezonans- feoezonans neenyle oluşablle. Rezonans ve feoezonans olaylaınan kaynaklanan elm yükselmele, enel olaak, letm hatlaı, kablola b büyük kapastel ve tansfomatö, şönt eaktö b oğusal olmayan mıknatıslanma kaaktestklene sahp büyük enüktanslı elemanlaın enejlenlmele veya an yük eğşmle sıasına oluşula. Hattın enejlenlmes ezonans koşullaını tetkleğnen, faz elmnn,5 katına kaa elm yükselmele otaya çıkablmekte. Manyetk elm ölçme tansfomatöle e feoezonans koşullaını tetkleyeblle. Feoezonans, üçüncü hamonğn otaya çıkmasına yol açmakla blkte elm, şletme elm üzeyne kalı. ncak, buna bağlı olaak, elm tansfomatöünün bncl saı akımı, nomnal eğenn bkaç katına kaa yükselp, saıa aşıı ısınmalaa yol açabl. Ssteme ye alan ayıtlaın yalıtım üzeyle, enel olaak bu elmlee ayanablecek bçme boyutlanıılı. Kouma ayıtlaının, bu elmlee eveye mele beklenmez. ncak; bu elmle, bazı tp paafulaa kaçak akımın ohmk bleşennn büyümesne ve uzun sümele uumuna, aşıı ısınma sonucuna paafulaın aızalanmasına yol açablle. u bakıman elm yükselmele, ssteme kullanılacak kouma ayıtlaının nomnal eğelenn bellemesne öz önüne alınmalıı. Geçmşte yüksek elm sstemlene açma kapama aşıı elmlen sınılamak amacıyla, kapama anına kescye se enç ekleme, faz elm açısını kontol eeek kapama b yöntemlee başvuuluken; ünümüze bu amaca yönelk olaak metal-okst paafulaın kullanılması tech elmekte []. Feoezonans aşıı elm etaylı olaak aaştıılaak, bu b aşıı elmlen sınılanıılması çn eğşk yöntemle teklf elmş ve uyun evele önelmşt. u evele Gelm ansfomatöü (G nün hem alçak, hem e yüksek elm taaflaına bağlamak çn kkate alınmıştı [4]. u eveleen en etkls G nn alçak elm taafına balast encnn bağlanması ve bu saısına ağıtım şebekesnen zıt elm vemekte. G nn alçak elm uçlaına zıt yöne elm uyulanması tansfomatöün manyetk evesne sönüücü etk öste. Feoezonansın sebeple aşağıak b sıalanabl. Feoezonans; - Yılız Noktası topaklanmış şebekelee sstemn boşta çalışması yaa çok az yükte çalışması - Gelm ansfomatöü`nün aşıı yüklenmes veya boşta calışması uumu - Fazlaan bnn veya ksnn keslmesyle veya açılıp kapanması - ansfomatö veya Konansatöün anahtalanması - ağlama hatası sonucuna oluşan smetkszle - z yüklü üç tansfomatolenn kısa eve yüküyle şebekeye bağlanması, - İletm hattına yılıım üşmes sonucuna, oluşabl. 40
4. EŞDEĞER DERE MODEİ letm sstemne feoezonans meyana elğne, sstemn çalışma fekansı, yükle ve letm hatlaının uzunluğuna öe faklılıkla östeebl. Ssteme, uzunluğu 80 km. olan enej letm hattı ve nolu ağıtım stasyonlaını bbne bağlamaktaı. Enej letm hattı, 4 jeneatö le 5 nolu tansfomatö üzenen beslenmekte. ağıtım stasyonuna ücü 450M olan 500/0 k. luk b tansfomatö bağlıı. Göstelen ssteme feoezonans olayını açıklamak çn aşağıak enklem sstem kullanılmıştı. u a [,9]ek sayısal yöntemn valığını öste. Sonuç olaak bulunmuş fomülle I, II üğüm noktalaı ve enej letm hattı çn ayı ayı östeelm. Şekl. Yüksek hamonkl feoezonans aşıı elmlenen kounma eve şeması I.üğüm noktası çn; e b b t e(t q n e ( z (z ; ; e ( uaa b, b, blokun ve eaktöün paametele. uaak,,, jeneatöe ve tansfomatöe lşkn paametele. Fazla açılmaya başlaığına tansfomatöün mıknatıslanma eğsn kkate almak eek k, o zaman aşağıak fomülle kullanılı. b b u eğşkenle aşağıa mats olaak velmşt. ; ; ; e ; e q q q q uaak q elektk letm hattı büyüklükle bellen[]. Eğe 5 tansfomatöünün mıknatıslanma akımı kkate alınsa I üğüm noktasının enklemle aşağıak b olu. Reseach an Potecton of Eney ansmsson nes Sma 9, 8-47, 0
. Nayı Sma 9, 8-47, 0 Ψ Ψ Ψ F(Ψ b b F(Ψ b b F(Ψ b b e e e e b Ψ e, e b Ψ e, e Ψ b ( e Mıknatıslanma akımının yaklaşık olaak faes aşağıa velmşt. ynı zamana F çn aşağıak fae kullanılacaktı [0]. F=a+nb ψ n- +mc ψ m- ; buaa - manyetk sel,, - bnc ve knc taaf akımlaı, - manyetk akım,,,, - saılaın enüktflğ ve ençle, a, b, c, n, m - manyetk akımın manyetk selnen bağımlılığını yaklaşık olaak belleyen fonksyonu fae etmekte. u enklemle jeneatöün, yükün ve yüksüz çalışan tansfomatöün paametele le blkte jeneatö- tansfomatö, tansfomatö- yük üğüm noktalaını a matematk moellemeye mkan ve. II. Düğüm noktası çn: Ototansfomatö ota ve alçak elm taafınan açılığı çn bağlantı sstem */ x - olan tansfomatö b moellen[]. ansfomatöek manyetk akılaı ve yüksek elm taafının akımlaını hesaplamak çn enklem sstem aşağıak şekle. μ μ μ ψ ψ ψ ψ S, S aψ aψ aψ ψ S, S ψ S ( S Mıknatıslanma akımlaını hesaplamak çn aşağıak faeleen yaalanılacaktı [0]; bψ bψ bψ 9 9 9 ψ cψ cψ cψ ; ψ μ ; buaa, μ ψ (4 μ ; 8 0 8 0 8 0 a 9b c ; a 9b c ; a 9b c ı. S S S 4
I MO I MO I Reseach an Potecton of Eney ansmsson nes Sma 9, 8-47, 0 uaa a=0.5 b=0,8 c=0.67 I 0 =ansfomatöün akımının tepe eğe. baz n 4 K F =Kat sayıı. Ototansfomatöle çn k F =,6,7 aasınaı. u x Elektk letm hattının enklem se şu şekle olu [,9,0,5]: 0 t f t, I baz k F I 0 baz n.i (5 x 0 u t u t,u 4. SİSEMİN P MODEİ P (ltenatve ansent Poam üç sstemlenn moellenmesne kullanılmaktaı. Değşk çalışmalaa feoezonans posesnn aaştıılması amacıyla a kullanılmıştı [5,7,8,9]. Çalışmaa P poamı feoezonans olayının smülasyonuna ve analz elmesne kullanılmıştı. u poam le hem analzle başaı le yapılablmekte hem e ücetsz kullanım ağına sahp oluğunan kolay eşleblmekte. Sstemn P feoezonans moel şekl e östelmşt. F_ F_ F_ M M S_ I _ F HS_ S_ Şekl. Devenn P moel 4
. Nayı Sma 9, 8-47, 0 5. SİMÜSYON SONÇRI ve NİZ Makaleek ala fomlaının tamamı 0.4 sanyelk ölçme. 0. sanyee ve fazlaıyla beabe topak aızası oluştuulmuştu. 0.. sanyeen tbaen elm eğe ve fazlaına olukça fazla yükselmş. fazına a elm yükselmes özlenmşt. Daha sona eaktöün eveye bağlanması le elm alalanmasının önü alınmıştı. 800 [k] Ik faz not azas sonas feoezonans olusumu ve eaktole kounma 500 00-00 -400-700 0.00 0.05 0.0 0.5 0.0 0.5 0.0 0.5 [s] 0.40 (fle ne_500kfazaza.pl4; x-va t v:x0004 v:x0004 v:x0004 Şekl. 500 k. luk hattın elm ala fomu Şekl e 500 k. luk ssteme at elm zaman afğ öülmekte. Gafkte elmn eğe olan 500 k. an fazla özlenmşt. Kayıpla kkate alınığına bu fazla elm eekl. Şekl 4 e oto tansfomatöünün 0 k. taafının elm ala fomuna elm eğe yaklaşık olaak 0 k. tu. 00 uto tansfomatoun 0 k. taafna meyana elen feoezonans elmle [k] 00 00 0-00 -00-00 0.00 0.05 0.0 0.5 0.0 0.5 0.0 0.5 [s] 0.40 (fle ne_500kfazaza.pl4; x-va t v:s_ v:s_ v:s_ Şekl 4. Ototansfomatöün 0 k. taafının elm ala fomu Şekl 5 e eaktöen akan akımın ala fomu öülmekte. Kaza önces akım akmamaktaı. 0. sanyee kazanın oluşması le eaktö eveye alınmış, akım eğe atmıştı. Hesap sonucuna üvenlk önlem olaak eaktöün bağlanması çn yen b teknk vemek mümkünü. İzlenen elmn çne 5. hamonk öülüğü ana hattın he k ucuna eaktöle 44
Reseach an Potecton of Eney ansmsson nes Sma 9, 8-47, 0 eveye bağlanı. u teknğn uyulanabllğn enemek çn b çok hesap yapılmıştı. Sonuna bu yolla feoezonans aşıı elmnen kounmanın mümkün olacağı öülmüştü. 00 [] Feoezonanstan kounmak cn eveye eaktoun balanmas ann osteen akm ele 760 0-0 -560-000 0.00 0.05 0.0 0.5 0.0 0.5 0.0 0.5 [s] 0.40 (fle ne_500kfazaza.pl4; x-va t c: -X0006 c: -X0006 c: -X0006 Şekl 5. Reaktöen akan akımın ala fomu Şekl 6 a 500 k.luk hattın akım ala fomunan a öüleceğ b kaza le blkte akım eğele olukça fazla atış östemşt. Reaktöün eveye mes le blkte akım ala fomu nomale önüşmüştü. 500 [] 875 Ik faz not azas sonas feoezonans olusumu ve akm ele 50 65 0-65 -50-875 -500 0.00 0.05 0.0 0.5 0.0 0.5 0.0 0.5 [s] 0.40 (fle ne_500kfazaza.pl4; x-va t c:x0006-_ c:x0006-_ c:x0006-_ Şekl 6. 500 k.luk hattın akım ala fomu 6. SONÇ Enej letm hatlaına yıkıcı etklee sahp olan feoezonans olayının üç fazlı b ssteme etks aaştıılmıştı. u çalışmaa 500 k luk b letm sstemne feoezonans olayı şekl. e östelen yüksek hamonkl feoezonans aşıı elmlenen kounma eve şeması P/EMP paket poamı le moelleneek enel b yaklaşım ele elmşt. Moellenen ssteme oluşan hamonklen analzle yapılmış ayıca bu analzle ve sonuçla eğelenlmşt. Yapılan analzlee letm hattı üzene feoezonansın oluşmasıyla blkte yüksek fekanslı bleşenle otaya çıkmıştı. Feoezonansın oluşmasıyla blkte sstem üzene 45
. Nayı Sma 9, 8-47, 0 50 Hz fekansı ışına yüksek fekans bleşenle olmaktaı. u elm ve yüksek fekans eğşmle sstem çn yıkıcı olmaktaı. u çalışma aynı zamana patk eğlele smülasyon eğlenn kaşılaştıılması çn önek olabl. cknowlements / eşekkü he autho woul lke to acknowlement to Polan Govenment, Mnsty of Eucaton of ukey, Fath nvesty, Istanbul, ukey, Woclaw nvesty of echnoloy Insttute of Electcal Powe Enneen, Woclaw- Polan REFERENES / KYNKR [] ükye, 0, http://www.uckaltes.en.t/t/oot/nex.php, [Eşm ah: ğustos, 0]. [] Haşmov.M. Nayı., Elektk İletm Hatlaına Dalqa Poseslenn aştıılmasına De Olayı ve Koonanın Etksnn Dkkate lınması, Yılız eknk Ünvestes Des, No:, s,7-46, 998. [] l-nba, K., Ramanujam, R., Rao, H.S., Kuppusamy, K., Effect of cut onfua On on haotc Feoesonance n Powe n a Powe ansfome, Electc Powe omponents an Systems, 0:05-0, 00. [4] Hayash,., Nonlnea Oscllatons n Physcal Systems, Newyok: McGaw-Hll, 964. [5] Mata al Escueo, Ivan Duuych, Mles Refem, nestann Feoesonance, 9th Intenatonal nvestes Powe Enneen onfeence PE 004, ol, Pp.6-66, 004. [6] Kavasse, R. G., nalytcal Pecton of Subhamonc Osclatons n a Feoesonant cut, Poc. 5 th Noth mecan Powe Symposum, Rolla, Mssou, 00. [7] a-pen sao an ha-hn Nn, nalyss of Feoesonant Ovevoltaes at Maanshan Nuclea Powe Staton n awan, IEEE ansactons On Powe Delvey, ol., No., Pp.006-0, pl 006. [8] D.. Jacobson, D. R. Swatek, R. W. Mazu: Mtatn Potental ansfome Feoesonance n a 0k onvete Staton, ompute nalyss of Electc Powe System ansents: Selecte Reans. IEEE Pess. pp 59-65, 997. [9] Haşmov. M., Nay., Dmtyev Y.., zun Enej İletm Hatlaına Yüksek Hamonkl Feoezonans şıı Gelmlenen Kounma, Yılız eknk Ünvestes Des, No:, s-9-4, 00. [0] Haşmov.M., uvalı.m., Nayı., Çok İletkenl Dala Poseslenn nalz Zamanı Seth Efektnn EP e Hesaplanması, Elektofzk ve Elektoenej sahasına makalele mecmuası, akü-elm, s-9-8, 997. [] Haşmov.M. Dmtyev Y.. Rüstemov S.. "Nötü Non-nee Reaktöle opaklanmş ansomatöün Moelleştlmes" Elektofzk ve Elektoenej sahasına makalele mecmuası, akü, Elm, s-6-44, 994. [] İsmaloğlu H., şıı Gelmle, Oluşumlaı, Etkle e şıı Gelmlee Kaşı Kouma, lusal elektk tessat kones- Yüksek elm çalıştayı, 009. [] Ryan H.M., Hh oltae Enneen an estn (n E., IEE he Insttuton of Electcal Ennees, onon, 00. [4] Klaus-Dete D., Klaus H., Renha K., Feoesonanz vo allem n Netzen mt Spannuns-wanle, EZ: Elektotechen. Z., No:7, pp.780-78, 988. [5] Stakhv P., Hoholyuk O., Smulaton of Electcal ansmsson ansent Pocesses sn M/Smulnk, MEPS 06, Woclaw, Polan, pp-447-45, 006. 46
Reseach an Potecton of Eney ansmsson nes Sma 9, 8-47, 0 [6] Izykowsk J., ozek M., Dstance Relayn lothm fo Double-cut ansmsson ne wth ompensaton fo Reactance Effect une Stana valablty of Measuements, uk J Elec Enn (IK, O.6, NO., pp 7-7, 008. [7] Y., Sh W., Qn R., Systematcal Metho fo Suppessn Feoesonance at Neutal- Goune Substatons, IEEE ans. on Powe Delvey, ol. 8, No, pp 009-04, 00. [8]. Ç. knc, G. Mokyan, G. Gökmen, N. Eken, S. Seke, Fazlı İletm Hattı Moel Üzene Feoezonans Olayının İncelenmes, 5. luslaaası İle eknolojle Sempozyumu (IS 09, s--5, 009. [9] ltenatve tansent poam (P ule book, euven K.. EMP ente, 987. 47