TOPRAK-TELİNİN YERİ KORUNMASI ETKİ EDER

UDK: 62LS19.621.S28

Toprak - Telinin Yeri Hat Korumasına Etki Edern

C.H. UNDELL CINCINNATT GAB and ELECTRIC CO.

Çeviren Sevinç uğur TAHAOGLTJ Elk. Y. Müh. ETtBANK

Toprak tellerinin Enerji Nakil Battan üzerindeki yıldıran frrtınalannm esîş yönüne göre yeri; hattan yüzeysel «4iapM»j<"-rinjı korunma derecesine tesir eder görünüyor.

Fırtınaların esiş yönü ve toprak tellerinin bu yöne göre bulunduğu yer, Enerji Nakil Hatlarında yıldırımların tesirlerine kargı alınan koruma tedbirlerine kuvvetle etki eder görünüyor. Bir müddet önce Cincinnaü Gas and Electric Company tarafından eski bir enerji nakil hattı üzerinde yapılan, yıldırımlar yüzünden meydana gelen yüzeysel - atlamaların sayısıyla bu fırtınalar sırasında hâkim olan rüzgâr yönlerini mukayese eden bir inceleme, fırtınanın yönü ile arızaların sayısı arasında kuvvetli bir ilişki bulunduğunu göstermiştir. Bu İnceleme, bulutun hatta doğru hareketine tesir eden [rüzgârın, deşarj olmak üzere olan yıldırım bulutunu veya İyemize olmuş, bulutlan hatta doğru sürükleyip getirebileceği ve toprak .telinin koruma açısını (Shlelding angle) artık etkili olamayacağı bir noktaya kadar çıkartarak onun koruyucu tesirlerini azaltabileceği fikrini verir.

Enerji Nakil Hatlarını korumada kullanılan toprak tellerine verilen değerler - 1920 lerin bağlarında hiç değer verilmediği bir zamandan, 1920 lerin sonlarında önem kazandığı zamana kadarperiyodik değişmeler göstermiştir. Hızlı röle tekniği cihazlara gelecek ısı tesirlerini azaltınca toprak telleri önemini tekrar kaybetmeğe başlamış; ve bu defa da bir tek toprak telinin yeterli olduğunun zannedildiği zamanlar gelmiştir. Son yıllarda, çok yüksek gerilim devrinde - özellikle 1953 yılında, İlk 330 kV luk hatların kötü çalışmaya bağlamasından bu yana - toprak telleri tekrar Enerji Nâkil Hatlarının dizaynında gözönüne alınacak önemli bir faktör haline gelmiştir. Devreden/çıkmaların pek çoğunun iletkenlerin uygunsuz korunmaları sonucu olduğu gecen yedlseklz yılda aşikâr hâle gelmiştir. Takriben 1930 yılından bu yana olan yıllarda benimsenmiş olan koruma açısı sürekli olarak azaltılmıştır; halbuki bu açı, Enerji Nâkil Hatlarının yıldırımlara karşı korunmasında o zamanlar - yeterli telakki edilmişti. 45 derece gibi yüksek bir değerden başlayan İlk açılar 30 dereceye, sonra 20 dereceye

• TRANSMISSION AND DISTRIBUTION'nin Ocak 1968 sayısından tercüme edilmiştir.

ve daha sonra da 13 dereceye kadar düşürülmüştür. 1936 yılında, 12 dereceden daha büyük olmayan bir açının, 150 ft (45,72 m) İlk direkler üzerindeki İletkenleri korumak İçin yeterli olduğuna karar verilmişti Son yıllardaki müşahadeler ve bizim kendi incelemelerimiz ise koruma açılarının belki de 5 dereceye kadar hatta sıfır veya negatif oluncaya kadar bile azaltılabileceğini göstermiştir.

RÜZGAR İLİŞKİSİ

1925 de İnşa edilen çift direkli bir hattaki kesilmelerin incelenmesi göstermiştir ki, yıldırım fırtınaları meydana geldiği zaman hakim olan rüzgâr yönleri arızaların tip ve sayısın» oldukça etkilemektedir. 165 ft. (50,3 m) genişlikte bir güzergâhta birbirine parelel çift devreli iki hattın her birinde bir tek toprak teli mevcuttur. Her devrenin iletkenleri 5" (127 mm) lik sekiz âdet izolatör ünltesiyle izole edilmiş ve Şekil : 2 de gösterildiği tarzda düşey olarak tertiplenmiştir. Eğer her faz İçin 5 3/4" (146 mm) İlk 10 âdet modern izolatör ünitesi kullanılmış olsaydı bu hatların koruma açısı 33,7 derece olmuş olacaktı.

Şekil : 1 in bir parçası olan tablo, dört devrenin herbiri için, yüzeysel atlamaların ve bunların devreden çıkmaya sebebiyet verenlerinin şayiamı verir. Dört devredeki yüzeysel - atlamaların ve devreden çıkmaların sayısındaki oldukça önemli nisbetsizlik dikkate değer. Güzergâhın kuzey - batı tarafındaki 1761 no.lu devrede en büyük sayıdaki yüzeysel - atlama ve devreden çıkmalar meydana gelmiştir. Ayrıca, 1761 no.lu devreyle aynı direkte bulunan 1762 no'lu devredeki kesilmelerin % 52,4 ü, 1761 no.da devreden çıkmaların meydana geldiği aynı direkte ve aynı zamanda meydana gelmiştir.

1762 no.lu devrenin diğer devrelerden çok daha fazla yüzeysel - atlamalardan sıkıntı çekmiş olmasının muhtemel bir sebebi - enerji nâkil hattının güzergâhının coğrafik durumu ve ayrıca Meteoroloji Dairesi (Weather Bureau) tarafından verilen bilgilere göre fırtınaların yönünü de gösteren - Şekil : 2 den anlaşılabilir. Bu fırtınaların büyük tair yüzdesi, belirtildiği gibi, güney - batıdandır; bu yön bir dereceye kadar hatta paralel olan yöndür. Bu gösterilen yönler genel olmakla beraber bizim kendi müşahedelerimize göre böyle fırtınalar güneyden çok batıdan esmektedir.

3M3 n

MIAMI FORT -TERMİNAL HATLARI

PERIOD 1926-1945 TOPLAM VUZEYSEL ATLAMALAR »7 DEVREDEN ÇIKMALARA SEBEP OLAN YÜZEYSEL ATLAMALAR ti

HAT NO

TOPLAM YÜZEYSEL ATLAMALAR ORANI ( V . )

DEVREDEN ÇIKMALARA SEBEP OLAN YÜZEYSEL A.0RANHV.)

17*2

17M

Ul

DEVREDEN ÇIKAN FAZLAR

01 DEN TOPRAĞA HALI • 2 DEN TOPRAĞA HALİ «3 DEN TOPRAĞA HALİ • 1 DEN Dİ&ER FAZA HALİ 02 DEN DİĞER FAZA HALİ • 3 DEN DİĞER FAZA HALİ

(•/.) ('/•) İV.)

(V.) 1%) IV.)

73.4

63 6

•S.7

U)

1t2

2U

11t

14.1

10.9

10 7

3J

Şekil . 1 — Yıldırımların sebep olduğu yüzeysel - atlama ve devreden çıkmaların en büyük yüzdesinin, diğer devrelere oranla, 1761 nolu devrede kaydedilmiş olması. Şekil: 2 de gösterildiği gibi, belki de hakim olan rüğgar yönünün soldan 1761 nolu. devreye doğru olması sebebiyledir.

TERMİNAL MERKEZ)

Şekil : 3 — Bir yıldırım fırtınası sırasındaki rüagar yönü, iyonize olmuş hava akımlarını bulut ile nâkil arasında bir yere sürüp getirebilir ve bu suretle de koruma açısını büyüt'erejc toprak teli tarafından sağlanan korumayı azaltabilir.

MERKEZİ

ÛATl'OAN OOĞtfVA DOĞRU GIDIN 1761-l762-r763-1754 dolu DEVRELER

Şekil : 2 — 1926 -1945 periyodu sırasında yıldırım fırtınalarının hakim olan yönü, güney-batıdan ve battdan bu hatlara doğruydu; bu, 1781 nolu devredeki yüzeysel - atlamaların sayısındaki oratısızlığm bir izahı olabilir.

1761 no.lu devreye dügen yıldırunların yüksek yüzdesine ilâveten fırtmalann genel yönü ve yıldırım bulutlarının batıdan özellikle bu devreye doğru olan gidLşl, bir fırtına sırasındaki eaig yönüyle, hattı toprak teliyle korunmasının etkinliği arasında bazı ilişkilerin bulunabileceğine bizi inanmaya sevkediyor. Direklerin boyunun, toprak tellerinin ve elektrik yüklü bulutların yerden yüksekliğinin, yüzeysel - atlamaların sayısına teair eden faktörler olduğuna da keza inanmaktayız (daha önce de birçok makalelerle bu tahakkuk etmiş bulunmaktadır.)

Şekil : 4 bir enerji nakil hattı yakınındaki İki bulutun konumunu göstermektedir. Eğer iyi hesaplanmış bir koruma açısı mevcut ise, düşey olarak hattın üzerinde bir yerden gelen bütün yıldırımların toprak teline düşeceğini düşünmek akla yakın olur. Hatta uzak olan bulutun ise muhtelif hedefleri vardır. Hareketinin başlarında belki toprağa veya ağaca bir yıldırım düşebilir. Bulut, enerji nakil hattının dana da yakınına gel-

Şekü : 4 — Cincinnati Gas and Electric Companv tarafından yapılan bu tipik 138 kV iuk direk şekli 14.9 derecelik bir koruma açısı sağlar. Bu yapıya sahip hatların ytldırtmlara karşı sağladığı koruma, çok daha büyük koruma açısı sağlayan bir tek toprak telinin kullanılmasıyla sağlanan korumadan çok üstün bulunmuştur. dikçe bu yıldırım, toprak teline veya iletkene düğmeye daha meyyal olur. Koruma açısının geometrisi, bulutun yüksekliği, direğin boyu, ve direğin yerden yüksekliği gibi faktörlerin hepsinin de yıldırım düşeceği yerdeki önemli faktörler olduğu aşikârdır.

Bulutun hatta doğru olan gidişine etki eden rüzgârın da yıldırımın düşeceği yerdeki önemli faktörlerden birisi olabileceği keza söylenebilir. Toprak yüzeyi üzerindeki bir nesnenin alan şiddetinin, yerden göğe doğru yükselen ve bu esnada yere doğru gelmekte olan bir yıldırımı kendine çeken ve onun tarafından karşılanan bir hava akımı meydana getirdiği, bir çok defalar ortaya çıkarılmıştır. Bulutun hatta doğru gidişine tesir eden rüzgârın, ilkönce hat yakınında bir ağaca yönelmiş deşarj olmak üzere olan bir şarjı da ağaçtan uzaklaştırıp hatta doğru sürükleyebümesi veya iyonlze olmuş bulutlan hatta doğru sürebilmesi imkânsız değildir. Rüzgâr tarafından sürülüp getirilen bu iyonlze olmuş bulutun yolunun hatta nazaran konumu, hattın koruma

açısını arttırıcı şekilde tesir ederek toprak telinin koruyucu tesirlerini azaltabilir.

Toprak telinin, hareket eden bulut İle iletken arasına, kendisini çekme - elemanı haline getiren bir negatif koruma açısı meydana getirecek şekilde dışarıya doğru hareket ettiğini farzedecek olursak, korunan İletkenden başlayan ve göğe doğru yükselen bir demetin gittikçe küçüleceğini veya kaybolacağını beklemek akla yakın olur. Bu faraziye, hattın fırtına tarafındaki 1761 No.lu devreye dügen yıldırımların daha yüksek yüzdesi için makul bir izah sağlıyor gibi görünüyor.

Bu teoriyi mantikî bir sonucu götürürsek, İki toprak telinin arasında ve altında bir yerde bulunan bir iletkenin üzerine yıldırımın düşmeyeceği söylenebilir. Bu muhakeme, Westinghouse'ın son zamanlarda çıkan 66 - 574 No.lu ve «230 kVluk hatların korunma müesslriyetinin analizi Reynolds Metalls Şirketi» başlığı altındaki bir raporu ile desteklenmiş ve burada, 89 derecelik koruma açısı sağlayan sabit İM toprak telinin bir iletkene yeterli bir koruma sağlayacağı sonucu çıkarılmıştır. Ayrıca, negatif koruma açılarının sağlanması için İki toprak telinin arasının yanlara doğru daha fazla açılmasının, her iki devreyi de içine alan zarfa yıldırım düşmesi ihtimalini asgariye indirebileceğine de İnanılmaktadır.

Cincinnati Gas and Electric Company, 1936 dan beri iki toprak teli ve şekil : 5 de gösterilen tertip içinde bir negatif koruma açısı kullanan 138 kV'luk, çift devreli, demir direkli, 134 mil (214.4 Km) uzunluğunda bir hat inşa etmiştir. Direkler, maksimum 10 ohm. a kadar çıkabilen ortalama 5 ohm'luk bir topraklama direncine sahip ve yılda düşen yıldırım sayısının 50 olduğu bir arazide bulunmaktadır. Bu hatların işletme kayıtları müstesna şekilde iyidir ve yıldırımlar yüzünden yılda sadece her 100 mil (160,9 km) de 0,275 defa devreden çıkma göstermiştir.

Daha uzun toprak teli konsolları dolayısıyle artan direk maliyeti tel kopması hallerinde daha az gerilime ve burulma veren esnek zincir askı takımlarının kullanımasıyla kontrol edilebilir. Toprak teli burulmasının artma tesiri en yüksekteki iletken konsolunun altında nadiren bir sınırlayıcı faktördür ve bu konsolun yukarısında - kafes tertibinde- bazen asla değişiklik İstenmez.

Çift devreli hatlanda negatif koruma açıları sağlamak için gerekli bulduğumuz mil başına 400 Dolar (250 S/Km) dan 700 Dolar (435 S/Km) a kadar olan ilâve masraflar bizce yerinde sarfedilmiş bir para gibi görünüyor.

Yayınlayanın Notu ;

Bu makale «Edison Electric Instltute Transmission and Dlstrlbutlon Committee» nin son toplantılarından birinde yazar tarafından takdim edilen bu konudaki bir tezinin esas kısmıdır.

8S