YÜKSEK GERİLİM ENERJİ İLETİM SİSTEMLERİNDE KULLANILAN HAVAİ HAT İLETKENLERİNİN PERFORMANS ANALİZLERİ
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: MURAT DİNÇ
Danışman: Oktay Arıkan
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Elektrik enerjisi, üretim tesislerinde üretilir ve yükseltici transformatörlerle yüksek gerilim seviyesine çıkarılır. Yüksek gerilim seviyelerinde havai hatlar ile tüketim noktalarına iletilir. İletim aşamasında kullanılacak iletkenin belirlenmesi elektrik enerjisinin verimli ve güvenli olarak iletimi açısından önem arz etmektedir. Gelişen teknoloji ve artan nüfus yoğunluğu sebebiyle gün geçtikçe elektrik enerjisi talebi artmaktadır. Artan talebi karşılamak için yeni iletim hatları inşa edilmeli, var olan iletim hatlarına yeni hatlar eklenmeli, gerilim seviyesi yükseltilmeli, var olan iletim hatları kesiti artırılmalı ya da var olan iletim hatları farklı tip iletkenlerle değiştirilmelidir. Bu tez çalışmasında, yapılabilecek bu çalışmalara referans olması amacıyla yaklaşık olarak aynı dış çapa sahip ACSR (Aluminum Conductor Steel Reinforced), AAC (All Aluminum Conductor), AAAC (All Aluminum Alloy Conductor), STACIR (Super Thermal Alloy Conductor Invar Reinforced), GTACSR (Gap Type Thermal-Resistant Aluminum Alloy Conductor Steel Reinforced), ACCC ( Aluminum Conductor Composite Core), ACCR (Aluminum Conductor Composite Reinforced), ACSS (Aluminum Conductor Steel Supported) ve ACAR (Aluminum Conductor Alloy Reinforced) havai hat iletkenlerinin performans analizleri yapılmıştır. İletkenlerin termal analizleri, 5-15-25-35 °C hava sıcaklıklarında ve 0,1-0,5-1-3-5-7-9-11-13-15 m/s rüzgar hızlarında 2-D, sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak COMSOL Multiphysic yazılımında yapılmıştır. Aynı zamanda, IEEE-738 standardında verilen formülasyonlara göre değişen ortam şartlarında akım-sıcaklık ilişkisinin analitik sonuçları MATLAB yazılımında hesaplanarak termal analiz sonuçları karşılaştırılmıştır. İletkenlerin 400 kV ve 750 kV gerilim seviyelerinde elektrik alan, eşit yüklenme durumunda iletkenlerin davranışlarını incelemek için, ACSR iletkeninin maksimum akım taşıma kapasitesi olan 990 A akım değerinde ve iletkenlerin maksimum çalışma akımlarında manyetik alan davranışları, 2-D olarak COMSOL Multiphysic yazılımında incelenmiştir. Farklı iletkenler kullanıldığı zaman, oluşan gerilim düşümü, güç kaybı ve sehim hesaplamaları ise MATLAB yazılımıyla hesaplanmıştır. Birinci bölümde, elektrik enerjisine olan talep artışından, iletim zorluklarından ve artan enerji talebini karşılamak için önerilen çeşitli çözüm yollarından bahsedilmiştir. Tüm dünyada bu çözümler için hangi çalışmalar yapıldığına yer verilmiştir. Bu çalışmamızın amacı ve hipotezimiz açıklanmıştır. İkinci bölümde, yüksek gerilim havai iletim hatlarında kullanılan iletken tipleri tanıtılmıştır. İletken tiplerinin farklı özellikleri bakımından karşılaştırmalar yapılmıştır. Aynı zamanda, iletken tipi seçiminde dikkate alınması gereken kriterler verilmiştir. Bu kriterlerin önemini anlamak açısından açıklamaları yapılmıştır. Üçüncü bölümde, IEEE-738 standardı referans alınarak iletkenlerin farklı ortam koşullarında akım ve sıcaklık hesaplamaları için kullanılan formüller tanıtılmıştır. Ortam koşulları ve iletken akımına göre iletken sıcaklığının belirlenmesi açıklanmıştır. Dördüncü bölümde, elektrik ve manyetik alan kavramları tanıtılmıştır. Aynı zamanda elektrik ve manyetik alan hesaplamaları için kullanılan eşitlikler verilmiştir. Beşinci bölümde, COMSOL Multiphysic programının Heat Transfer ve AC/DC modülü tanıtılmıştır. Altıncı bölümde, yüksek gerilim havai iletim hatlarında kullanılan iletken tiplerinin gerilim düşümü, güç kaybı ve sehim hesaplamalarını yapabilmek için formülasyonlar verilmiştir. Yedinci bölümde, yüksek gerilim havai iletim hatlarında kullanılan iletken tiplerinin 5-35 °C arasında 4 farklı ortam sıcaklığında ve 0,1-15 m/s arasında 9 farklı rüzgar hızında uygulanan akım değerine göre iletken sıcaklıkları analizi yapılmıştır. Sonlu elemanlar yönteminde ulaşılan sonuçlar IEEE-738 standardında yapılan hesaplama sonuçları ile desteklenmiştir. İletkenlerin 400 kV ve 750 kV gerilim seviyelerinde elektrik alan davranışları, her iletkene eşit yüklenme durumunda iletkenlerin davranışlarını incelemek için ACSR iletkeninin maksimum çalışma akımı olan 990 A akım ve her iletkenin maksimum çalışma akımı uygulanarak, manyetik alan davranışları incelenmiştir. MATLAB yazılımında belirli bir hat üzerinde farklı iletken tiplerine göre yapılan gerilim düşümü, güç kaybı ve sehim hesaplamaları karşılaştırılmıştır. Sonuç bölümünde, 9 tip iletken ısıl, elektromanyetik davranış, sehim, gerilim düşümü ve güç kaybı yönünden değerlendirilip, hesaplama ve analiz sonuçlarından elde edilen çıkarımlar yapılmış ve öneriler sunulmuştur.