Enerji Üretim, İletim ve Dağıtımı

Ocak 2012, Yalova

Yalova Üniversitesi | Enerji Sistemleri Mühendisliği|

Yrd. Doç. Dr. Kayhan Ince

Kaynaklar

Kaynaklar

Study Groups• Learning or working in a team works

better than alone–Helping someone else requires

very deep well organized knowledge of a topic• You learn best by teaching

–Provides a chance to learn how to solve problems more efficiently and with higher accuracy

–Gives immediate feedback on how you stand on coursework comprehension

Study Groups• I recommend

– Meet a day or two before it was due• Go over every homework problem• Discuss (2-3

Persons) our approach to each

• Different person led on each problem

My Goal as an Instructor

• To make your time in EEB as fun and informative as I can– Make lectures interesting and timely– Bring out the beauty and make clear the

usefulness of the material– Give secrets to getting good grades– I’ll need your feedback as much as

possible

http://www.youtube.com/watch?v=VZ7ukFeSHLc

Dersin Amacı

Elektrik üretimin geleneksel yöntemlerini açıklayarak

• Bir güç kaynağı sisteminin farklı bölümlerini tanımlamak,

• Elektrik iletim ve dağıtım sistemlerinin farklı parçalarını tanımak,

• Fonksiyonlarını açıklamak, • Güç faktörü iyileştirme yöntemlerini

incelemek, • Bir İletim ve dağıtım elektrik sisteminin

tasarlamak.

Tanımlar Birincil Enerji: Petrol, doğal gaz, kömür,

odun gibi doğrudan tüketilebilen enerji kaynakları

İkincil Enerji: Birincil kaynaklardan kullanılabilir formlara dönüştürülen elektrik, fuel oil, mazot gibi enerji tipleri. Bu kaynaklar elde edilirken termik santraller, rafineriler gibi tesislerde dönüşüm kayıpları oluşmaktadır. Bu nedenle ikincil kaynaklar birincil kaynaklara göre çok daha pahalıdır

Tanımlar Birincil Enerji: Petrol, doğal gaz, kömür,

odun gibi doğrudan tüketilebilen enerji kaynakları

İkincil Enerji: Birincil kaynaklardan kullanılabilir formlara dönüştürülen elektrik, fuel oil, mazot gibi enerji tipleri. Bu kaynaklar elde edilirken termik santraller, rafineriler gibi tesislerde dönüşüm kayıpları oluşmaktadır. Bu nedenle ikincil kaynaklar birincil kaynaklara göre çok daha pahalıdır

Dünya Birincil Enerji Arzının Kaynaklara Göre Dağılımı

Kişi Başına Yıllık Elektrik Enerjisi Tüketimi

Türkiye’de kişi başına elektrik enerjisi tüketimi 2009’da 2.699 kWh (brüt) seviyesinde olmuştur. 2010 Gerçekleşme Tahmini ise 2.871 kWh’dir. Bu değerler 8.900 kWh’lik gelişmiş ülkeler ortalamasının üçte birinin altındadır.

Ülkeler Kişi Başına Tüketim (kWh)

Dünya Ortalaması 2.600

Gelişmiş Ülkeler Ort. 8.900

ABD 12.322

Türkiye 2.871

Temel Tarife Bileşenleri

KAYIP-KAÇAK 05 May, 2014

Dünya Bankası ve Uluslararası Enerji Kurumu verilerine göre, 2011 yılında dünyada kayıp kaçak ortalaması yüzde 8,1 oldu.

Türkiye’de 1960′larda yüzde 10′a yakın olan kayıp kaçak oranı 2000 yılında yüzde 19,02 ile rekor seviyelere ulaştı. Bu oran, 2011 yılında yüzde 14,11′e kadar geriledi.

Kayıp kaçak oranı en yüksek ve en düşük ülkeler şöyle:Ülke Kayıp Kaçak Oranı (yüzde)Haiti 54,59Irak 34,76Nepal 34,32Dominik Cumhuriyeti 30,13Kamboçya 28,11Güney Kıbrıs Rum Yönetimi 3,24İzlanda 2,92İsrail 2,74Katar 2,03Slovakya 1,82 Kaynak: CNN Türk

Türkiye’nin 2023 Enerji Hedefleri Elektrik enerjisi üretiminde yerli kaynakların payının artırılması öncelikli hedef (teşvikler ve teknolojik gelişmelerle yönlendirilecek)

• Elektrik enerjisi ihtiyacının karşılanmasında yerli ve yenilenebilir kaynaklar öncelikli olup, bu kaynakların kullanımı konusundaki gelişmeler ve arz güvenliği dikkate alınarak kaliteli ithal kömüre dayalı santrallerden de yararlanılacaktır. • Yerli ve yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı için alınacak tedbirler sonucunda, elektrik üretiminde doğal gazın payının %30’un altına düşürülmesi hedeflenecektir. • Elektrik üretiminde nükleer santrallerin payının 2020 yılına kadar en az %5 seviyesine ulaşması ve uzun dönemde daha da artırılması hedeflenmektedir. (5000 MW)

ENERJİ VERİMLİLİĞİ

Enerji Verimliliği; belirli bir hizmet (ısıtma, soğutma gibi) veya üretim için harcanan enerji miktarının, teknolojik uygulamalar veya teknik olmayan (daha iyi organizasyon ve yönetim, davranış değişiklikleri gibi) önlemlerle azaltılmasıdır.

Enerji Verimliliği, harcanan her birim enerjinin daha çok hizmet ve ürüne dönüşmesidir.

Türkiye için Enerji Verimliliği Önerileri

CO2 emisyonlarının azaltılması senaryoları, enerji verimliliği artışları ile ilişkilendirilmelidir.

Enerji verimliliği hedefleri ve stratejiler belirlenmelidir. Fabrika, bina, ticari sektörler dahil bütün ekonomik

sektörlerde enerji verimliliğinin önemi somut örneklerle vurgulanmalıdır.

Kamu binaları enerji verimliliğine örnek olmalıdır. Elektrik iletim ve dağıtımında teknik kayıplar azaltılmalıdır. Mevcut binaların iyileştirilmesi önemli bir hedef olmalıdır. Belediyeler kapsamlı enerji verimliliği örnek projeleri

uygulamalıdır. Ülke çapında kapsamlı eğitim programlarının

uygulanmalıdır. Hafif raylı sistemlere ve bisiklet yollarına öncelik verilmelidir.

Türkiye için Enerji Verimliliği Önerileri

Güç Sistemleri Analizi

• 1888 de Nicolai Tesla’nın asenkron motor patenti• ilk dağıtım şebekesi 1886 da 500V AA• 1889 da AA ve DA arasında bir savaş başladı.

Westinghouse (AA) Edison ise (DA) taraftarı idiler.• İngiltere’de 1912 den beri tüm şebekelerin her hangi bir

şekilde topraklanması zorunludur.• Alçak gerilim şebekeleri topraklama sistemleri IEC

tarafından standardize edilmiştir.• 15.09.1902 tarihinde Tarsus kasabasında bir su değirmeni

milinden transmisyonla çevrilen 2kVA’lık bir generatörden kasabaya elektrik verilmiştir.

Energy consumption

Figure 1: Worldwide overall energy consumption of different energy forms in 2005; other includes geothermal, solar, wind, etc.

THE STRUCTURE OF THE POWER SYSTEM

An interconnected power system is a complex enterprise that may be subdivided into the following major subsystems: • Generation or production Subsystem • Transmission and Subtransmission Subsystem • Distribution Subsystem • Utilization Subsystem

PRODUCTION OF ELECTRICAL ENERGY

In general we know that energy can neither be produced nor consumed.

Nevertheless one is using the expression of producing electrical energy but is actually meaning the conversion of a primary energy into electrical energy.

This conversion takes place in power stations.

PRODUCTION OF ELECTRICAL ENERGY

1. HYDROELECTRIC POWER GENERATION https://www.youtube.com/watch?v=_9jGis5V5LE&feature=related

2. THERMAL GENERATING PLANTS3. NUCLEAR PLANTS 4. WIND POWER 5. SOLAR POWER

INTERCONNECTED SYSTEM

A modern power station has more than one generator and these generators are connected in parallel. Also there exist a large number of power stations spread over a region or a country.

A regional power grid is created by interconnecting these stations through transmission lines. In other words, all the generators of different power stations, in a grid are in effect connected in parallel.

DELIVERY OF THE ELECTRICAL ENERGY

A system of overhead wires, underground cables and submarine cables is used to deliver the electric energy from the generation sources to the customers. This delivery system, which electrically operates as a three phase, alternating current system, has four parts: Transmission; Subtransmission; Primary distribution; Secondary distribution. In European usage, the terms translate as follows: Subtransmission voltage = high voltage; Primary voltage = medium voltage; and Secondary voltage = low voltage.

DELIVERY OF THE ELECTRICAL ENERGY

Owing to the smaller distances in Europe (where line losses play a less important role), “high voltage” is generally limited to 380 kV, whereas 500 kV and 750 kV are used in the United States. Worldwide, the highest voltages used to date are 1200 kV AC for some very long transmission lines across Siberia and +600 kV DC. in Brazil.

ELECTRIC POWER TRANSMISSION

DELIVERY OF THE ELECTRICAL ENERGY

• Typically a residential customer will be connected to the secondary distribution system.

• A commercial customer, that is, a supermarket or a commercial office building, will normally be connected to the primary distribution system.

• Very large customers such as steel mills or aluminum plants can be connected to either the subtransmission or transmission system.

Overview of the electricity infrastructure.

D.C. TRANSMISSION

An alternate means of transmitting electricity is to use high-voltage direct current (HVDC) technology. As the name implies, HVDC uses direct current to transmit power. Direct current facilities are connected to HVAC systems by means of rectifiers, which convert alternating current to direct current, and inverters, which convert direct current to alternating current.

Advantages Of AC Over DC Operation

The use of ac allows the use of a multi-voltage level energy delivery system. High voltages are used for the transport of large blocks of power; lower voltages are used as smaller blocks of power are delivered to local areas; and the familiar 120/240 volt system is used for deliveries to individual customers. If the transmission of large amounts of electricity (or large blocks of power) were to take place using dc at the voltage levels normally found at the terminals of modern generators (13kV to 30kV), real power losses associated with the resistance of the transmission system would become prohibitive. Use of dc for this purpose also would require that the supply voltage be the same, or close to the same, as that required by the equipment connected to the system. Considering the variety of types and sizes of electrical equipment; motors, lights, computers, and so forth, this is an impractical requirement.

CONSUMPTION OF ELECTRICAL ENERGY

As already mentioned, the percentage of electrical energy of the overall worldwide final energy consumption amounts to 20%. The major part of it is converted again at the enduser into

• mechanical energy• chemical energy• heat• light

CONSUMPTION OF ELECTRICAL ENERGY

The electrical energy consumption is subject to very strong temporal fluctuations. The consumed power fluctuates• Daily: Mainly the peaks at noon and at evening are salient.

The consumption is low at nights.• Weekly: On working days the consumption is higher than on

weekends. Holidays are especially interesting; depending on the season they show either high or low consumption.

• Seasonal and annual, respectively: In Turkey more energy is consumed during the winter than in summer. In more southern and eastern regions the situation is reversed. There one uses much more energy for air conditioning in summer. In many regions where the peak load used to be in the winter, the summer peaks has often increased significantly due to an extensive installation of air-conditioning. This trend is believed to be accentuated in the coming years.

Güç sistemleri için gerekli olan temel çalışmalar

1. Yük Akışı (Load Flow)2. Arızalı durum (Fault Studies)3. Koruma (Protection)4. Topraklama (Earthing)5. Kararlılık (Stability)6. Geçici rejimler (Transients)7. Aşırı gerilimler (Over-voltages)8. İzolasyon koordinasyon (Insulation coordination)9. Ekonomik yük dağılımı (Economic dispatch)10.Güç Kalitesi (Power Quality)11. Elektromagnetik uyumluluk, EMU (Electromagnetic Compabilty, EMC)12.Yük tahmini (Load Forecasting)

Standard graphical symbols

Power

Power

The complex power S, with real power P in the real and reactive power Q in the imaginary direction.

ŞEBEKE ÇEŞİTLERİŞebeke Çeşitleri, Tanımları, Standart Gerilim Değerleri

Şebeke: Aynı anma gerilimli, birbirine bağlı elektrik tesislerinin tamamına şebekedenir.

Bir elektrik şebekesinde şu özellikler olmalıdır:

• Elektrik iletim ve dağıtım şebekeleri, elektrik enerjisinin üretilmesinden tüketilmesine kadar enerjinin kesintisiz ve güvenilir bir şekilde iletilip dağıtılmasına uygun olmalıdır.

• Elektrik şebekeleri çok iyi planlanmış ve kurulmuş olmalıdır. Şebekede oluşacak arızalar ve olumsuz etkiler tüketicileri ve alıcıları etkilememelidir.

• Dağıtım şebekelerinde hat başında, hat ortasında ve hat sonunda bulunan abonelerin hepsi aynı özellikte (sabit gerilim ve frekansta) elektrik enerjisini kullanabilmelidir.

• Elektrik şebekeleri her an değişen koşullara ve güçlere cevap verebilmelidir.

ŞEBEKE ÇEŞİTLERİŞebeke Çeşitleri, Tanımları, Standart Gerilim Değerleri

Kullanıldıkları gerilimlere göre şebeke çeşitlerini 4 grupta incelenir:

1) Alçak gerilim şebekeleri (1-1000 V arası)2) Orta gerilim şebekeleri (1 kV-35 kV arası)3) Yüksek gerilim şebekeleri (35 kV-154 kV arası)4) Çok yüksek gerilim şebekeleri (154 kV’dan fazla)

Ülkemizde alçak gerilim, abonelerde 220 V ve 380 V olarak kullanılır.

Dağıtım şekillerine göre en uygun olan ve kullanılan şebeke sistemleri şunlardır:

• Dallı şebekeler• Ring şebekeler• Ağ şebekeler• Enterkonnekte şebekeler

Türkiye'de kullanılan yüksek gerilim değerleri 66 ve 154 kV’dir.

Kuzey -Batı Anadolu Şebekesi 154 kV’luk gerilimle Güney Anadolu Şebekesi de 66 kV’luk gerilimle beslenmektedir.

Yüksek gerilim şebekelerinde,

• 70-150 Km arasındaki uzaklıklarda 60-100 kV,• 150-230 km arasındaki uzaklıklarda 100-154 kV ve• 230 km’den uzun hatlarda çok yüksek gerilimler kullanılır.

• Ülkemizde Atatürk Barajı’ndan İstanbul’a hatta İzmir'e kadar uzanan 380 kV gerilimli şebekesi mevcuttur.

• Bursa Ovaakca doğal gaz kombine cevrim santral trafosu çıkışı 380 kV’tur.

Ring (Halka) Şebekeler

Bir yerden beslenen ve birkaç yerden beslenen ağ (gözlü) şebekeler

Ağ şebekelerinin kesintisiz enerji alınması, gerilim düşümünün çok az oluşu, sisteme güçlü alıcıların bağlanabilmesi gibi avantajları vardır. Bütün bunların yanı sıra ağ şebekelerinin kuruluşları, işletimleri ve bakımları zordur. Kısa devre akımı etkisinin büyük olması gibi sakıncalı tarafları vardır.

Ağ (Gözlü) Şebekeler

Enterkonnekte Şebekeler

Bu sistem içinde TEDAŞ’a , ayrıcalıklı şirketlere, üretim şirketlerine ve otoprodüktörlere ait tam kapasiteyle çalışan 350 kadar elektrik santrali vardır. Bütün bu santraller enterkonnekte şebeke kapsamında birbirlerine paralel bağlıdır. 40428,5 km uzunluğundaki enerji nakil hatları ile bu santraller ve yerleşim birimleri arasında bir ağ şeklinde şebeke tesis edilmiştir.

Türkiye'deki enterkonnekte sistem Bulgaristan, Rusya, Irak, Suriye ve Gürcistan ülkelerinin şebekelerine bağlıdır.

Milli Güç Kalitesi İzleme Sisteminin Genel Görünümü

INTRODUCTION

The electric energy produced at generating stations is transported over high-voltage transmission lines to utilization points.

The trend toward higher voltages is motivated by the increased line capacity while reducing line losses per unit of power transmitted.

The reduction in losses is significant and is an important aspect of energy conservation. Better use of land is a benefit of the larger capacity.

Transmission Line Design

a. electrical factors1. Type, size, and number of conductors per phase2. The number of insulators per string and their arrangements.3. Phase-to-phase clearance4. Number of shield or ground conductors.b. mechanical factors1. Conductors must be strong enough to support their weight in

addition to wind .2. Towers must support conductors under vibration.c. Environmental3. land usage and visual impact.4. limits of electrostatic and electromagnetic fields5. Radio interference and corona noise.d. Economical1. Capital costs2. Maintenance and operation costs

INTRODUCTION

Transmission Tower

ELECTRIC TRANSMISSION LINE PARAMETERS

1. Series resistance 2. Series inductance 3. Shunt capacitance 4. Shunt conductance

LINE RESISTANCE

If AC current is flowing, rather than DC current, the following factors need to be considered: 1. Frequency or skin effect 2. Temperature 3. Spiraling of stranded conductors 4. Bundle conductors arrangement 5. Proximity effect 6. Also the resistance of magnetic conductors varies with current magnitude.

Frequency Effect

Due to the skin effect, about 86% of the power is transformed into heating energy on the surface with a certain depth, which is called penetration depth. Only about 14% of the power is absorbed at inner section (up to r-δ) of the conductors

The frequency of the AC voltage produces a second effect on the conductor resistance due to the nonuniform distribution of the current known as skin effect.

κ - Electrical conductivity μ - Permeability f - Frequency

Distribution of the eddy current 𝑅𝐴𝐶=𝑘𝑅𝐷

𝐶

Temperature Effect

R2 is the resistance at second temperature t2 R1 is the resistance at initial temperature t1 T is the temperature coefficient for the particular material (C°)

Spiraling and Bundle Conductor Effect

overhead and underground

aluminum conductors: • aluminum-conductor-steel-reinforced (ACSR), • aluminum-conductor-alloy-reinforced (ACAR), • all-aluminum-conductor (AAC), • all-aluminumalloy- conductor (AAAC).

Havai EHV ve UHV iletim sistemlerindeki faz iletkenleri genellikle ALÜMİNYUM veya ALÜMİNYUM-ÇELİK birleşimidir. Pekçok çeşit kablo türü mevcuttur. Bunlar:A. Alüminyum İletkenler5 çeşit tasarım şekli mevcuttur:

1. Homojen tasarım: bunlar hepsi Al iletken veya (All-Aluminum-Conductors (AAC)) hepsi Al-Alaşım iletkenler (All-Aluminum-Alloy Conductors (AAAC)).

2. Kompozit tasarım: bunlar temelde çelikle güçlendirilmiş çelik çekirdekli Al iletkenlerdir (aluminum conductor-steel-reinforced conductors (ACSR)).

3. Genişletilmiş ASCR: bunlar katı Al kullanan çelik çekirdekli yapılardır.

4. Alüminyum-giydirilmiş iletkenler (Alumoweld).5. Alüminyum-kaplanmış iletkenler.

B. Çelik İletkenlerÇinko kaplanmış ve çeşitli kalınlıklardaki galvanizlenmiş çelik iletkenlerdir.

İLETKEN TİPLERİ VE İLETKEN MALZEMELERİ

Spiraling and Bundle Conductor Effect

The resistance of each wound conductor at any layer, per unit length, is based on its total length as follows:

Spiraling and Bundle Conductor Effect

In high-voltage transmission lines, there may be more than one conductor per phase (bundle configuration) to increase the current capability and to reduce corona effect discharge.

Corona effect occurs when the surface potential gradient of a conductor exceeds the dielectric strength of the surrounding air (30 kV/cm during fair weather), producing ionization in the area close to the conductor, with consequent corona losses, audible noise, and radio interference.

As corona effect is a function of conductor diameter, line configuration, and conductor surface condition, then meteorological conditions play a key role in its evaluation. Corona losses under rain or snow, for instance, are much higher than in dry weather.

Stranded conductors arranged in bundles per phase of (a) two, (b) three, and (c) four.

Spiraling and Bundle Conductor Effect

Corona, however, can be reduced by increasing the total conductor surface. Although corona losses rely on meteorological conditions, their evaluation takes

into account the conductance between conductors and between conductors and ground.

By increasing the number of conductors per phase, the total cross-section area increases, the current capacity increases, and the total AC resistance decreases proportionally to the number of conductors per bundle.

Conductor bundles may be applied to any voltage but are always used at 345 kV and above to limit corona. T o maintain the distance between bundle conductors along the line, spacers made of steel or aluminum bars are used.

Example 1:

A solid cylindrical aluminum conductor 25 km long has an diameter of 1,4732 cm. Obtain the conductor resistance at: (a) 20° C (b) 50° (C)

The resistivity of aluminum at 20° is 2.8×10−8Ωm .

Solution: (a)

(b)

Example 2:

A three phase transmission line is designed to deliver 190.5 MVA at 220 kV over a distance of 63 km. the total transmission loss is not to exceed 2.5 percent of the rated line MVA. If the resistivity of the conductor material at 20° is 2.8 × 10−8Ωm , determine the required conductor diameter and the conductor size in circular cm.

Solution:

BACKGROUND

Figure: (a) Typical single-circuit and double-circuit overhead lines and (b) double-circuit overhead lines with one earth wire: twin bundle=2 conductors per phase and quad bundle=4 conductors per phase.

Per-Unit Değerlerin Kullanımı

1. Sistemin bir parçasında (devresinde) taban kV ve taban MVA seçilir.

2. Sistemin her devresindeki gerilim taban değerleri, transformatörlerin dönüştürme oranları dikkate alınarak belirlenir.

3. Güç taban değeri sistemin her parçasında aynıdır.4. Transformatörler için verilen empedans değerleri genellikle

kendi nominal değerleri taban alınarak % olarak verilir.5. Her bir transformatör için olduğu gibi üç-fazlı üniteler için

de % empedanslar aynı şekilde ifade edilirler.6. Sistemin çalışılan kısmı için belirlenen taban empedans

değerinden farklı tabanlarda verilen empedans değerleri varsa, bunların çalışılan taban değerde ifade edilecek şekilde dönüştürülürler.

Simetrili Bileşenler: ‘‘Fortescue Dönüşümleri’

Elektrik güç sistemleri genellikle dengeli, üç fazlı ve sinüs biçimli değişen bir genliğe sahip gerilim altında çalışmakta oldukları kabul edilerek incelenirler.

Dönüşüm N fazdan oluşan dengesiz bir sistemin N tane dengeli sisteme dönüştürülerek çözülmesi esasına dayanmaktadır.

Sistem modellemesi

HatlarElektrik enerjisi genelde bakır veya alüminyum dan yapılmış havai hatlarla veya yine aynı özelliklere sahip metallerden imal edilmiş kablolarla gerçekleştirilmektedir. Güç sistemleri için gerekli olan parametreler;

• direnç,• kapasitans,• endüktans,• kondüktans

• ‘deri etkisi’ (skin effect)• ‘yakınsaklık etkisi’ (proximity effect)• fuko akımları (eddy current)

‘Deri Etkisi’ (Skin Effect)

iletkenin AC direnci yaklaşık olarak ortası boş bir iletkenin DC direncine eşittir.

Tek fazlı iki damarlı hatların indüktansı

İletkenler arasındaki mesafe D ve kesitleri sırasıyla r1, r2 ile gösterilecek ve iletkenlerden birinin diğerinden akan akımın dönüş yolu olduğu kabul edilecek olursa.

bir sürü iletkeni ele alalım ve bu iletkenlerin taşıdıkları I1, I2, I3, I4, … In akımların toplamı sıfır olsun.

1. iletkenden akan akıma ait P noktasına göre iç ve dış halkalanma akılarını hesaplayalım:

2. iletkenden akan akımın birinci iletkende halkaladığı akı:

Her bir iletkenin birinci iletken üzerinde meydana getireceği halkalanma akısı:

iletkenlerden akan akımların toplamı sıfır olduğu verildiğine göre In akımı:

P noktası sonsuz uzaklığa çekilecek olursa bu noktayla iletkenler arasındaki mesafeninoranına bağlı terimler 1 e yaklaşırken bu terimlerin logaritması sıfıra eşitlenir.

Akım alternatif akım ise bu akımın ani değeri kullanılarak akının ani değeri ve buna bağlı RMSdeğeri hesaplanabilir.

SARGILI (Bundle-Bohça) İLETKENLER

230 kV (EHV) un üzerindeki gerilim değerlerinde faz başına tek bir iletkenin kullanıldığı devrelerde CORONA ETKİSİ oldukça büyük bir önem kazanır. Öyle ki; bu durumda hem kayıplar ve hem de haberleşme hatları ile olan etkileşim daha da artar.

Corona etkisi yüksek gerilim gradyentinin bir sonucudur. Bu gradyent değeri faz başına daha fazla iletkenin kullanılması ile giderilebilir.

Bu iletkenler fazlar arası mesafe ile karşılaştırıldıklarında çok daha yakın konumdadırlar. Böylesi iletkenlere SARGILI (Bundle) İLETKENLER denir.

Sargı, çevresinde yapılandırılmış 2 veya daha fazla iletkenden oluşur ve bu çevreye de SARGI ÇEVRESİ denir.

Sargılı tip iletken kullanmanın bir diğer önemli getirisi ise hat reaktansını hem seri ve hem de paralel olarak azaltmasıdır.

Sargılı iletkenlerin analizi çok iletkenli yapının özel bir çözümüdür.

SARGILI (Bundle) İLETKENLER

Çok telli tek fazlı iletkenler

Elektrik hatları genellikle büklümlenmiş çok telli iletkenlerden meydana gelirler. Bu iletkenler farklı elektriki ve manyetik özelliklere sahip olabilirler.

Büklümlü iletkenlerden oluşan tek fazlı hat

¼ = ln(e1/4)

Buradan bu iletkene ait a telinin endüktansı,

Daa, Dnn, gibi terimler e1/4ra, e1/4rn, gibi terimleri karşılamak için kullanılmıştır.e1/4 iç endüktans sebebi ile ortaya çıkan bir katsayıdır ve değeri yaklaşık olarak 0.7788.

GMD(Geometric Mean Distance)

GMR (Geometric Mean Radius)

Üç fazlı hatların endüktansı

Üç fazın dengeli yüklendiğini yani üç faz akımlarının toplamının sıfır olduğunu kabul edelim

Şayet iletkenler simetrik olarak yerleştirilmemişse

Fakat modern iletim hatları düzenli yer değiştirme yapılmadan inşa edilmektedir. Ekonomik sebeplerle ancak belirli merkezlerde mesela kesici ve ayırıcı bulunan noktalarda hat kendiliğinden durmuşsa yer değiştirme yapılmaktadır.

Deq üç iletken arasındaki geometrik ortalama mesafedir

Toprağın etkisi

Toprağın etkisi

Carson ve Rudenberg’in bulgularına dayalı normal toprak direnci sınırları (50-500Ω-m)

Bu hayali iletkenin derinliği De ise:

Kapasitans

• Kondüktansın hatlardaki sızıntı akımını temsil eder.

• Hatların kapasitesi iletkenler ve iletkenler ile toprak arasındaki gerilim farkı sebebiyle tıpkı kondansatör plakalarının şarj olmasına benzer şekilde şarj olması ile ortaya çıkmaktadır.

Şarj akımı özellikle topraksız, yüksek empedans topraklı sistemlerde çok yüksek değerlere ulaşabilir.

Yeraltı kabloları yapılarından dolayı çok daha fazla kapasitif etki göstermektedirler. Bu tip hatların gittikçe artan oranlarda güç sistemlerinde kullanılmaya başlanmasıyla hat kapasitansının önemi çok daha fazla belirginleşmiştir.

HAT KAPASİTANS DEĞERİ

Önceki bölümlerde hat direnci ve hat endüktansı incelendi.

Doğaldır ki, hat endüktansı enerji iletim kapasitesi üzerinde seri dirençten daha etkilidir.

Yüksek gerilim ve uzun iletim hatlarında hatta ait kapasitans değeri de önemlidir.

Kapasitif suseptans b=wC değeri ile ölçülür.

Hattın kapasitansı AC hat akımı için kaçak bir yolun oluşundan dolayı ortaya çıkar

İzole edilmiş pozitif yüklü bir iletkenin çevresindeki elektrik alanları

Elektrik Akı Yoğunluğu

Elektrik Alan Şiddeti (E)

ε0=8.85.10-12F/m

Silindirik bir iletkenin dışında yer alan iki noktanın durumu

İki iletkenli hatların kapasitansı

Aralarında D mesafesi bulunan ra ve rb yarıçaplı iki iletkenin durumunu inceleyelim

Tek fazlı iki telli hatlar için elektrik yükleri birbirine eşit ve zıt işaretli ise

iletken yarıçaplarının birbirine eşit ise

GMR değil gerçek-ölçülen değerdir

2.54cm çapındaki bir iletkenin kapasite hesaplamasında düzgün yük dağılımı kabulü sebebiyle olabilecek hata.

Üç fazlı hatların kapasitansı

Üç iletkendeki yüklerin toplamı çevrede başka bir yük olmadığı için sıfırdır bu durumda qb+qc için -qa yazılabilir.

Bu Durumda Nötür Ve Faz Arasındaki Potansiyel Fark

Eşit aralıklı yerleştirilmemiş üç fazlı hat

Toprağın etkisi

Üç fazlı hatların toprak üzerindeki durumu ve iletkenlerin yansıması

TOPRAK ETKİSİ

Eğer iletkenler yer seviyesinden yeteri kadar yüksekte değilse toprağın etkisi gö önüne alınmalıdır.

Bu olaya AYNALAMA ETKİSİ denmektedir. Ayna etkisi yüklerin görüntülerinin hesaba

katılması prensibine dayanır. Burada görüntüsü alınan yük esas yük ile

aynı genlikte fakat zıt işaretlidir.

Transpozisyonun ilk periyot için a ve b iletkenleri arasındaki potansiyel fark:

HAT KAPASİTANSI Kapasitans değeri iletkenlerin kendi

aralarındaki ve toprağa göre aralarındaki potensiyel farktan dolayı oluşur.

C=Q/V ifadesinde olduğu gibi bir iletim hattındaki yük yoğunluğunun artış veya azalışı ile değişir.

Yükteki zamanla değişim hat şarj akımlarını oluşturur.

Single and Three Phase Transformers

Transformers Types

(A) Core-Type and (B) Shell-Type Transformer Construction.

Transformers Types

• Ic…core-loss component (eddy-current and hysteresis losses)

• Im…magnetizing current

OTOTransformatörler

variac :variable autotransformer

Step-down trafo

OTOTransformatörler

Step-up trafo

Araştırılması gereken konular…

1. Transformatörün keşfedilmesi elektriğin kullanımındaki gelişmeyi neden hızlandırmıştır?

2. Demir ve mıknatıslanma kayıpları neden sargı direnciyle oluşan kayıplardan daha önemlidir?

3. Transformatörler neden soğutulur? Bu soğutma nasıl yapılır?

4. Evinizi besleyen transformatörün bağlantısı nasıldır? Bu transformatör nerededir?

Three-Phase Transformer Connections

• Y/Y…seldom used because of the harmonic contents

• Δ/Δ…enables one to remove one transformer for maintenance

• Y/Δ…stepping down from a high voltage to a medium or low voltage

• Δ/Y…stepping up to a high voltage

Three-Phase Transformer Connections

Three-Phase Transformer Connections

Yıldız/Üçgen (Y/Δ) Bağlı Topraklanmış Transformatörün Analizi

İLETİM HATLARI

İKİ KAPILI AĞ (NETWORK) MODELLERİ

İKİ KAPILI AĞLAR Bir ağ yapısı, devre analizinden hatırlanacağı gibi,

iki veya daha fazla terminale sahip yapılardır. Enerji sistemlerinde ağ yapıları genellikle 4

terminalli iki çift kapıdan oluşur. Bu iki kapılı ağ yapıları bir iletim hattını veya bir

transformatör modelini barındırır. Bu ağ yapıları kutu şeklindeki bir gösterilime

sahiptir. Bu kutu yapısı bağlama ağı, dört kutuplu veya iki

terminal çiftli yapılar olarak adlandırılır. Fakat en genel kullanımı ile İKİ KAPILI AĞ ifadesi en

çok kullanılanıdır. Bu ağ yapısında genellikle giriş gerilim ve akım

ifadeleri ile çıkış gerilim ve akım ifadeleri arasında matematiksel bir bağıntı vardır.

İLETİM HATLARININ GÖSTERİMİ

Figure 1: Generator supplying a balanced- Y load through a transmission line.

İLETİM HATLARININ GÖSTERİMİ

Figure 2: Single-phase equivalent of the circuit of Figure 1.

İKİ KAPILI AĞLAR

Figure 3: Representation of two port network.

THE SHORT TRANSMISSION LINE (UP TO 80 KM )

Figure 4: Equivalent circuit of short transmission line.

İKİ KAPILI AĞLAR

Figure 5: Phasor diagram of short transmission line to inductive load.

İKİ KAPILI AĞLAR

Figure 6: Phasor diagram of short transmission line to capacitive load.

İKİ KAPILI AĞLAR

Yük Açısı

İKİ KAPILI AĞLAR İki kapılı yapılarda en önemli problem: bir

terminal çiftine ait akım ve gerilim ifadelerinin diğer terminal çiftleri cinsinden ifade edilmesidir.

Bu problem İLETİM PROBLEMİ olarak bilinir. Giriş ve çıkışa ait gerilim ve akım ifadelerine

ait eşitlikler:

İki taraflı devre yapısı için:

İKİ KAPILI AĞLAR𝐴=1 = =0 =1 𝐵 𝑍 𝐶 𝐷

The transmission efficiency of the short line can be expressed as

İKİ KAPILI AĞLAR

A three phase, 60Hz overhead short transmission line has a line-to-line voltage of 23 kV at the receiving end, a total impedance of 2.48± 6.57Ω/phase, and a load of 9MW with a receiving-end lagging 𝑗power factor of 0.85. (a) Calculate line to neutral and line to line voltages at sending end. (b) Calculate load angle.

İKİ KAPILI AĞLAR

Simetrik devrelerde bağımsız parametre sayısı simetriklik özelliğinden dolayı azalır. Öyleki; böyle devrelerde:

A=D dir. Simetrik olan iki kapılı devrelerin en önemlisi

ve en çok kullanılanı p tipi devrelerdir.

Böyle bir p tipi devre:

İKİ KAPILI AĞLAR

İKİ KAPILI AĞLAR Kaskad bağlı bir yapı için:

Olacağı açıktır.

İKİ KAPILI AĞLAR

İLETİM HATTI MODELLERİ Bir iletim hattı keyfi bir l uzunluğuna sahip

gibi değerlendirilebilir. Böyle bir yapı dx gibi farksal bir birim

uzunluğa ve x gibi alıcı uçtan bir mesafeye sahipmiş gibi düşünülebilir.

Böyle bir yapı için:1. Hatın, sinüzoydal, dengeli, kararlı halde 2. Ve transpose (aynada aksi alınabilir) Varsayımları yeterlidir.

İLETİM HATTI MODELLERİ

Bu basitleştirilmiş yapı yardımı ile her bir fazın hat yapısı kolayca analiz edilebilir.

İLETİM HATTI MODELLERİ Kirchhoff AMCAnın gerilim ve akımlar

kanunları ile:

Burada propogasyon sabiti:

İLETİM HATTI MODELLERİ Birim uzunluk başına seri empedans:

Yine birim uzunluk başına shunt (paralel) admitans:

∆x→0 limit durumu için

İLETİM HATTI MODELLERİ İlk diferansiyel denklemin çözümü ile:

Ayrıca:

Hattın karakteristik empedansı:

İLETİM HATTI MODELLERİ A1 ve A2 terimleri başlangıç değerleri olarak

tanımlanabilir.

Buradan:

İLETİM HATTI MODELLERİ Önceki ifadeler trigonometrik ifadeler

kullanılarak birleştirilirse:

Buradan A, B, C ve D değerleri:

İLETİM HATTI MODELLERİ

x=l noktasında gerilim ve akımın hesaplanması için:

İLETİM HATTI MODELLERİ

ABCD PARAMETRELERİNİN HESAPLANMASI q değeri eğer polar formda ise:

İLETİM HATLARI

CABLES

Overhead vs. Underground: Advantages of Each

This mass of overhead cables in Kyoto is a typical sight all over Japan Source: http://www.traveladdicts.connectfree.co.uk/Japan/hi-tech.htm

CABLES CONSTRUCTION

Cables are used for the transmission and distribution of electrical energy in public and industrial power systems. Cables are generally classified as underground, submarine or aerial.

The permissible loading of the cables is determined by different parameters such as environmental conditions, type of laying (in ground or in air), cable design and type of insulation, operating conditions and so on.

Conductors are made of aluminum or copper.

CABLES CONSTRUCTION

The insulation is of various materials; PVC (polyvinyl chloride) and PE (polyethylene) are used as standard used in LV and MV cables; oil - insulation and gas - pressure cables can still be found in HV systems ( >110 kV), whereas XLPE (cross - linked polyethylene) - insulated 𝑈𝑛cables are today standard in power systems with nominal voltages of 110 kV and above. Mass -impregnated paper - insulated cables are still in use in the medium - voltage range, but are found only on older cable routes; this type will no longer be installed. Cable abbreviation codes are used that indicate the material of the cable from the inner layer to outer layers. Copper conductors, mass - impregnated paper – insulated cables, and internal protection shields are not specially indicated. In addition to the coding of the inner construction, the number of conductors, the cross - section and the shape of the conduct as well as the nominal voltage (line - to - ground / line - to - line) is indicated.

CONDUCTORS

The fundamental concern of power cable engineering is to transmit current (power) economically and efficiently. The choice of the conductor material, size, and design must take into consideration such items as:

• Ampacity (current carrying capacity) • Voltage stress at the conductor• Voltage regulation • Conductor losses • Bending radius and flexibility • Overall economics • Material considerations

Mechanical properties

TRANSMISSION CABLES

Self Contained Liquid-Filled (SCLF) Cables

Copper segment conductor

TRANSMISSION CABLES

High Pressure Liquid-Filled Pipe-Type Cables (HPLF)

High Pressure Liquid-Filled Pipe-Type Cable (HPLF)

TRANSMISSION CABLES

Solid Dielectric Cables

TRANSMISSION CABLES

Submarine Cables Although all three types of high-voltage cable may be considered for a submarine cable (fresh or sea water), either the Self-Contained Liquid-Filled Cable or the Solid Dielectric Cable is usually chosen. Most frequently it is the SCLF cable, which is capable of handling higher voltages. Because of the severe environmental demands placed on a submarine cable, a lead-alloy sheath is often chosen, because of its compressibility, flexibility and corrosion resistance.

TRANSMISSION CABLES

A Single Phase Cable

TRANSMISSION CABLES

The cable components are:

1. Stranded phase Conductor.2. A conductor sheath3. Insulating material: solid or oil-filled.4. Insulation shield .5. Copper screen or armor6. External jacket ( mostly PVC).Cable insulation material vary widely. The following are widely used1. Oil impregnated paper2. Gas such as SF63. Polyvinyl Chloride (PVC)4. Cross linked Poly Ethylene (XLPE)

Kükürt hekzaflorür, inorganik, renksiz, kokusuz ve yanmaz bir sera gazıdır

Schering Köprüsü

http://omrpala.files.wordpress.com/2011/05/cvb-em420_hafta9-dielektrik-kayc4b1plarc4b1.pdf