Yıldırım elektromanyetik darbelerinin yüksek gerilim elektrik tesisleri üzerindeki etkilerinin incelenmesi

Abstract

Tüm Dünyada ve Türkiye'de enerji sisteminin beyni üretimden tüketime giden süreçte Yüksek Gerilim enerji tesisleridir. Yıldırım elektromanyetik darbeleri (YEMD) kaynaklı harmonikler ve arızalar yüksek gerilim sisteminin tümünde büyük zararlara sebebiyet vermekte ve aynı zamanda oluşan kalıcı arızalardan ötürü enerji tüketiminde aksamalara neden olmaktadır. Bu arızaların önüne geçmek için önleyici tedbir olarak ilk etapta Yüksek Gerilim (YG) sistemlerinin, diğer benzetim programları ile modellenip analiz edilmiş ve bu analiz sonuçlarına göre alınabilecek tedbirler araştırılmıştır. Bu temelde, tez çalışması MATLAB ile enerji iletim hatlarında ve bu hatlarla ilişkili tesislerde YEMD kaynaklı oluşabilecek elektriksel arızaların analizi ve etkilerinin minimize edilmesi amaçlanmıştır. Bu konuda uluslararası literatürde çok az sayıda çalışma yer almakta olup, ulusal düzeyde önerilen kapsamda yapılmış detaylı bir araştırma bulunmamaktadır. Yapılan çalışmalarda analitik ve analitik yöntemler tekil olarak kullanılmış olup, reel hat verilerine dayanan model ve benzetim çalışmaları yetersizdir. Tez çalışmasında MATLAB, EMTP gibi diğer benzetim programları ile gerçek zamanlı transient analizlerin yapılmış olması çalışmanın özgün değerini oluşturmuştur. Çalışma sayesinde daha basit ve pratik bir matematiksel modelleme geliştirilmeye çalışılmış, elde edilen yazılımlar ile ulusal şebekede YEMD kaynaklı arızaların çözümüne önemli derecede kolaylık sağlanmıştır. Elde edilen matematiksel model ve blok modelleri bu alanda yürütülecek ileri araştırmalara ışık tutacak olmakla birlikte, çalışma sonuçlarının uluslararası literatürde yer alması bakımından da bir yenilik olarak görülmektedir. Ayrıca YEMD analizi sonucu elde edilen benzetim modellerinin gelişmekte olan akıllı şebeke çalışmalarına da katkı sağlayacağı beklenmektedir. Çalışmada, ülkemizde ulusal enerji ağında kullanılan enerji nakil hatları incelenmiştir. Bu incelemeler yapılırken Türkiye Elektrik İletim A.Ş (TEİAŞ) den temin edilen veriler temel alınmıştır. YEMD matematiksel modelleri oluşturularak enerji iletim hatlarında ve yüksek gerilim şalt tesislerinde YEMD sonucu oluşabilecek aşırı akım ve gerilimlerin kolayca hesaplanması sağlanmıştır. EMTP-ATP programı ile de ulusal enerji hat şemaları göz önüne alınarak modellenen YG sistemi ise benzetim analizleri olarak gerçekleştirilmiştir. Bu analitik ve benzetim çözümlemelerinde, hattın tipine, iletken kesitine ve hattın geçtiği bölgedeki şartlar da göz önüne alınmıştır. Bu analizler gerçekleştirilirken, iletkenlerin çapı, hat yükü, iletkenlerin akım taşıma kapasitesi, gerilim seviyesi, hattın geçtiği bölgenin yapısı, direklerin ve şalt sahasının topraklaması gibi birçok parametreye bağlıdır. Bütün dünyada YEMD kaynaklı arızaların engellenmesi için yapılan çalışmaların son zamanlarda artması, enerji nakil hatları kaynaklı arızaların belirlenmesine dönük çalışmaları da hızlandırmıştır. Ayrıca enerji nakil hatları ile ilgili olarak akıllı sistemlerin kullanılması temeline dayanan çok az sayıda çalışma bulunmakta olup, bu çalışmalar daha çok enerji kalitesi ve harmoniklerin (FFT) analizi gibi konularda yoğunlaşmıştır. Tez çalışmasında enerji nakil hatlarında oluşabilecek hata analizleri yapılmış, sonuçlar analitik hesaplar ile karşılaştırılmıştır. Bu şekilde daha basit ve pratik bir matematiksel modelleme geliştirilmeye çalışılacak, elde edilecek yazılımlar ile ulusal şebekede YEMD kaynaklı arızaların çözümüne önemli derecede kolaylık sağlanması hedeflenmiştir.