ELEKTRİK TESİSLERİNİN TOPRAKLANMASI

d )s = ( I /ü)2 + (I /V3Ü)2 = I2/Ü2 +

C* I2/3Ü=

1 = 1 = ı/ü V 1 + cV3 ST

Misâl:

bulunur.

ü=

olsun.

Skot grubunun sekonderinden azamî 600 A.

çekilebilsin. Bu takdirde şimdiye kadar bildi ğimiz formüllerden istifade ile :

1 = 0 I = 600 halinde.

I ve I nin değişimi.

1=0

I = 600 halinde

I ,1 ve I nin değilimi kolayca çizile RS T bilir. (Şekil 8).

Elektrik Tesislerinin Topraklanması

—n—

Sungur ONAN Y. Müh.

BÖLÜM vra

NÖTR HATLARIN TOPRAKLANMASI

Nötr hatların topraklanmasında güdülen gaye, devreyi açma, kapama ve yıldırım gibi sebeplerden dolayı hat ile toprak arasında husule gelecek gerilim yükselmesini azaltarak akımı tahdit etmek, sınırlamaktır.

Nötr'ü topraklanmış sistemlerde nötr nok tası direnç, empedans bobin gibi akım tahdit ediciler üzerinden doğrudan doğruya toprak lanmıştır. Nötr'ü topraklanmamış sistemlerde ise sistemin iletkenleri topraktan izoledir. Nötr hatlarının topraklanması için muhtelif metot lardan birini seçmek zordur. Maliyet üzerine

tesir eden faktörler mevcut olduğundan seçimi ona göre yapmak gerekir.

Topraklamadan gaye enerji nakil hattı iletkenlerinden biri ile toprak arasında kısa devre olduğu zaman toprağa geçen akım miktarını nötr dirençleri ile tahdit etmektir. Maksimum direnci hesaplamak için bir çok amprik formüller mevcuttur. Enerji nakil sahasında, kısa devre topraklamaya karsı büyük bir temayül vardır. Amerikada 66 kV ve daha büyük gerilimlerde havai sistemlerde doğrudan doğruya topraklama metodu kulla nılır. 13,2 kV. 'luk yeraltı sistemlerinde nötr ler bir direnç üzerinden topraklanır. Almanya ve İsviçre'de nötrler Peterson bobinleri üze rinden topraklanır.

E. M. M. — ıs ıs

—m

r

Topraklama Sistemlerinin Başlıca Prensipleri

a — Topraklanmamış sistemler: Nöti*Ü topraklanmamış basit bir sistem şekil 45 de gösterilmiştir. Hatlar kendi aralarında ve toprağa karşı kapasitelere haizdir. Kendi aralarındaki kapasitenin tesiri az olduğun dan ihmal edilir. Eşit yüklü hatlarda herbir kapasiteden geçen akım eşit olup birbirinden •120° faz farkı vardır. Bu hal gerilimlerde de aynıdır. Netice olarak şu söylenilebilir, trafo ve kapasitelerin nötr noktalan arasında po tansiyel farkı yoktur ve her iki noktada top rak potansiyelindedir. Akım ve volta] vek törleri arasındaki bu münasebet şekil 45 te gösterilmiştir, a iletkeni ile toprak arasında kısa devre olursa ilk anda potansiyel farkı büyük olmadığından büyük bir akım geçmez. Buna rağmen diğer fazlardaki gerilimler üç misli artarlar ve aralarındaki faz farkı 60° ye iner. Bu durum da Şekil 46 da gösterilmiş tir. Toplam akım yine sıfırdır. Ve kısa devre akımı nominal akımın üç misli olup, esas faz nötr geriliminden 90° ilerdedir. Kısa devre

3Z_ akımı I = z, + z. + z_

den hesaplanır.

Zo bileşen empedansı daha ziyade kapasitif, Z, ve Z2 endüktif olup birbirlerini kısmen ifna

ederler, uzun hatlarda Zn Z2 uzaklıkla artar Zn azdır. Sıfır bileşen gerilimi artar.

Bu halde gerilim vektör diyagramı şekü 47 deki halini alır. Bu durum 200 mil den uzun olan hatlarda mevcuttur. Çapraz lanmış sistemlerde her hatla toprak arasın daki kapasite eşit kabul edilebilir. Çapraz lanmamış sistemlerde ise bu böyle değildir. Kapasiteler hatların pozitif sabiteleri vasıta sile hesaplanır.

Şekil 48. de nöti"ü direnç vasıtasile top raklanmış bir sistem görülüyor. Umumiyetle, direncin değeri o mevkide sistemin reaktan sından daha büyüktür. Dolayısile faz toprak kısa devre akımı bu direnç vasıtasile sınır landırılmıştır. Direnç, kısa devrenin kesili şinde meydana gelen sıfır fazlar dönüşüm deki sisteme ait olan serbest titreşimleri sön dürmeğe elverişli olmasına mukabil toprak lama dirençleri kısa devre esnasında sağlam fazlardan bir tanesinin toprağa göre gerilimi ni fazlar arası *gerüimden az daha yüksek bir gerilime yükseltmeğe çalışır. Şu halde nötr noktasının en iyi topraklama şekli, faz ile toprak arasında kısa devre akımını iste nen değere sınırlamayı temin eden ve aynı zamanda bu nevi arızalar esnasında gerilim sistemlerinin asgari distorsiyonlanna sebebi yet veren şekildir.

Topraklama için sıfır fazlar dönüşümün deki empedans ile pozitif ve negatif fazlar dö nüşümündeki empedans arasında esas teşkil eden, bazı oranlar mevcuttur. Halbuki pozi tif ve negatif fazlar dönüşümündeki empe danslann genel olarak takriben birbirinin aym oldukları kabul edilir. Buna göre bir şe bekenin muhtelif tali postalarında yalnız

ILM.M. _

"1

L

Zn/Z] oranının göz önüne alınması lâzımdır. Bir arıza esnasında belirli bir Zn/Z, oranı için minimum distorsiyonu ancak üç değişik fazlar dönüşümüne tekabül eden X/R oran lan aynı olduğu zaman meydana gelir. Hal buki topraklama direnci, sıfır fazlar dönüşü müne ait olan X/R oranını bozmağa çalışır ve neticede anza esnasında distorsiyonla ge rilim şeraiti doğurur.

Dirençle topraklamada göz önüne alına cak hususlardan biri de toprak kısa devresi esnasında dirençte meydana gelen güç ka yıplarıdır. Şekil 49. da bu kayıplar, sistemin kVA nin % si olarak verilmiş dirence göre çizilmiştir. Bu eğrinin çıkarılışında genera tör reaktansı % 16 transformatör reaktansı % 8 alınmıştır.

Şayet direncin omik değeri, kısa devre akımını doğuran reaktansların omik değeri nin" üç "katı ise maksimum güç kaybı % 89,3 olur. Eğşr reaktanslar daha da küçük olur sa, daha büyük güç kaybı meydana gelir bu ise geheratjir fazlarında yüksek ve şiddetli salınımlara veya stabilitenin bozulmasına se bep olur. Şekil 49. da!kısa devre akımının tam, yük akımının 1/4,.'ne kadar sınırlayabi len dirençleri sistemin gerilim ve gücüne bağlı olarak vermektedir.

k.VA

b — Reaktans ile topraklanmış sistemler :

A. I. E. E. göre reaktans ile topraklamak,

esas elemanı reaktans olan empedans^üze

rinden topraklamaktır.

*{.:. •*

Reaktans ya direkt olarak nötr noktası ile toprak arasına bağlanır veya endirekt ola

rak toprağa dönüş devresinin reaktansı art tırılır. Bunun için de y.a topraklanan cihaz ların; sıfır bileşen empedjnslan arttırılır ve yahut cihazları topraklamaktan vazgeçilir. Reaktansla topraklamada^eşas Xn/Xı oranı dır. Eğer bu oran üçten büyükse sistem re aktarisla topraklanmış denir. Aksi îıalde doğ rudan doğruya topraklanmıştır.

Şayet A noktasında trafo nötrü ile top rak arasına kâfi büyüklükte reaktans bağla nırsa" .reaktansla topraklanmış sistemler de nilebilir.

Transmisyon hatlarında Xo/X, oranı Toprak hattı ". Devrenin gerilimi

Devre adedi âdedi1' ' 22 kV"' İlb'İV '" 220 kV

1 1

1 . 3,5

3,5 ' 3

2,75

2.5

.2,75 2;4'

2,2

•Şekil: 53 te,rrv,dirençli;,' jje;, reaktanşh X n/X. ,pranları;için, ;şağlam, fazlardaki geri lim yüzdeleri gösterilmiştir! Dirençli toprak lama haline tekabül eden a ve b eğrilerinde Z empedansının en az pozitif fazlar dönüşü mündeki reaktansın 1/3' ne eşit ve sabit bir reaktansa malik olduğuj kabul edilmiştir. Po zitif, negatif, sıfır fazlar dönüşümündeki em pedanslar İçin X/R oranlan aynen olduğu zaman c' eğrisi reaktan'slı topraklama halin deki gerilimleri göstjerir. Bu sırada, faz ile toprak arasındaki arızalar esnasında sağlam faz ann her ikisi de aynı fazda bulunacak tır. Fakat dirençli topraklama halinde a ve b eğrilerinde görüldüğü üzere sağlam fazdaki gerilimler aynı değildir.

ı Reaktans değeri üstün olan şebekelerde nötr noktalarının reaktans bobinleriyle top raklanmaları 'faz nötr kısa devre akımlan nı müessir surette sınırlar. Diğer taraftan pozitif ve negatif fazlar dönüşümündeki em

••'*,

•o

<D—<=^

pedanslann argûmentleri genel olarak 90° ye

Şekil 55 böyle bir hali göstermektedir.

yakın olanlarına göre nötr noktasının empe

Burada XL nötürleyicisi endüktif reaktansı,

dansı, bir dirençle teşkil edilecek yerde bir

Xc ise hattın kapasitif reaktansını göster

reaktans ile de vücuda getirildiği takdirde

mektedir. G sıfır bileşen voltajı nümerik ola

buna daha büyük bir değer verilebilir. Eşit

rak sistemi faz nötr gerilimine eşit bir ge

değerlerde ise, sağlam fazlarda reaktans ve

neratördür. X de kısa olacak olursa XL ve

direnç daha az yüksek aşın gerilimlere sebe

Xc arasında akım akar ve kısa devre nokta

biyet verebilir, özel hal olarak sıfır bileşen

sında devre kapalı olduğu takdirde, oradan

empedansı pozitif ve negatif bileşen reak

akım geçmiyecektir. Şayet bir ark vasıtasıy

tansı aşmadığı takdirde sağlam fazlarda yük

la bu nokta açılırsa XL ve XG generatör ta

selmesinden korkmak yerinde değildir.

raf ından üretilen voltajın değerinde ve fi

c — Rezonans devreli sistemler: Bun larda, kapasitif akım saf bir reaktör veya benzer bir tarzdı kompanze edilmektedir.

rekansında bir gerilim üretmeye devam e derler. Ark gerilimi neticede küçülür. XL, XC paralel rezonans devresi teşkil ettiği gibi', se ri rezonans devresi de teşkil ederler. Topra

ğa karşı eşit olmıyan kapasitelerden dolayı

meydana gelen sıfır bileşen voltajı sistemin

nötr*ü ile toprak arasındaki voltaja eşittir.

Bu bağlantının neticesi olarak ufak bir

'. •'•a'ıflr bileşen gerilimi reaktans ve kapasitede

epeyce büyük bir gerilim meydana getirir. Bu

nötr'ü kaymış sistemlerde esas sıfır bileşen

voltajın 10 15 misli kadardır. Bu durum

topraklama reaktanslan seçilirken göz önün

de bulundurulmalıdır. Eğer esas frekansta

sıfır bileşen voltajı % 1,5 tan fazla ise hat

tın çaprazlanması lüzumludur.

Kısa devre reaktansından geçecek akım

lan hesap için muhtelif metodlar mevcutsada

neticeyi aşağı yukan bulabilmek için aşağı

daki tablo kullanılır.

kV

amp.

0,145

34,5

0.20

5O

0,26

Fazlardan herhangi biri toprağa değdiği za man reaktanstan kapasitif reaktif bir akım geçtiği gibi aynı zamanda birinci şıkta gö rüldüğü gibi kapasitif bir akımda hattan toprağa akar. Bu akımlar birbirinden 180° faz farklıdır. Ve bu sebepten kısa devre nok tasından geçen toplam akım her ikisinin far kına eşit olur. Şayet reaktans uygun seçilir se bu fark sıfır olabilir ki bu durumda kısa

0,39

d — Doğrudan doğruya topraklanmış sis temler : Bunlarda nötr arada herhangi bir empedans olmadan doğrudan doğruya top rağa bağlanmıştır. Amerikan A. I. E. E. de ta rif ise şöyledir. Bir sistemin bütün noktala rında sıfır bileşen reaktansının, pozitif bile şen reaktansına oranı üçten, sıfır bileşen re zistansının jozitif bileşen rezistansına ora nı birden büyük değilse, o sistem doğrudan

devre noktasında ark devam edemez.

doğruya topraklanmıştır.

Şekil 54 yukarıda anlatılanları göstermek tedir.

Reaktansın ve kapasitenin kombinezonu paralel bir rezonans devresi teşkil eder.'

TOPRAKLAMA SİSTEMLERİ İÇİN YOL GÖSTERMELER

Generatörlerde direkt irtibat: Generatör lerin tarafsız topraklanması: Generatörlerin

•VVW W W \r 4

* 4, Tİ

O—

—Wh

4.7!

t İ.1 î

Seka.SA

sargılarında hatalardan, arızalardan dolayı kısa devre akımlarının geçmesi istenmez, bunların önüne geçebilmek istenir. Alçak re aktânslı bir çok generatörlerde bu gibi yük

hata akımından büyük olmasına rağmen teh likeli değildir.

Birden fazla generatör bir barayı besle diği takdirde bir veya birden fazla tarafsız

>,UVı • 55

sek süratli türbo generatörlen bir fazmda ki hata akımından dolayı artan bir sıcaklık ve mekanik kuvvetle meydana gelir Ve bu sebepten de akım mücerret bir mani olucu, tutucu vasıtasıyle limit değerde tutulur. Yük sek reaktanslı döner makinelerin, su türbün lerinin generatörlerinde olduğu gibi, vak'a halinde toprak hattı hata akımı üç fazdaki

mücerret topraklama yapılıp, yapılamıyaca ğı akla gelir. Şayet, şekil 57 de olduğu gibi yalnız bir generatör gurubu toplanacak olur sa generatör tahrik sistemi topraklanmamış

E M. M. — 15 16

rak meydana geldiği gibi nakil hattının yakı

nına düşerek endirekt olarak ta meydana

gelirler. Endirekt aşın gerilimlerin değeri

100 kV. u aşmamasına rağmen direkt olarak

meydana gelende bir tahdit yoktur.

Elektrik yüklü bir bulut, Rüzgâr süratiy

la havai hattın üzerine gelirken onu tesir su

retile yükler Yıldırımlı bulutlar ekseriyetle

negatif yüklü olduğundan, bulutu negatif

yüklü farzedeceğiz.

olduğu gibi diğer generatör gurubu da kendi kmcısı vasıtasıyla karşı konulmuş korunma mış olur.

Arzu edilen,, yapılması istenen diğer bir tarafsız bara ise uygun açılıp kapama şekil 58 deki gibi bütün generatörlerin teker teker bağlanabileceği topraklamaya elverişli bobin yapılmasıdır. Diğer bir hal de her bir gene ratörün kendi empedanslan üzerinden top raklanmasıdır. Yukarıdaki korunma sistemi pahalı ve kompeks olduğundan diğerlerine nazaran şu şekil tercih edilir.

Şekil 60 yalnız bir tarafsız, mücerret topraklamayı göstermektedir., çünkü açıktır. Diğer sistem topraklanmamıştır.

Yandaki diğer şekil ise herbiri mücerret kıncıcılar üzerinden topraklandığından iyi dir. Bununla yukarıda bahsetmiş olduğumuz toprak1 ama şekli arasında münasebet vardır. Benzerlik bakımından.

BÖLÜM IX HAVAİ HATLAR

Şebekelerde meydana gelen aşın gerilim lerin en tehlikelisi atmosferik aşın gerilimler dir ki, bunlar yıldırımın nakil hattına doğru dan doğruya isabet etmesi suretile direkt ola

E. M. M. _ 15 18

Sekil <

Bulut, hattın kendisine doğru olan yüz lerinde pozitif, toprağa bakan kısımlarından ise negatif eşit miktarda yükün toplanması na sebep olur. Sınır şartlarını nazan itibara almadan, bulutun elektriki alan şiddetini ho mogen olduğunu E, bulutun L uzunluğunu hat tın uzunluğuna eşit olduğu farz ve kabul edersek, yerden h yüksekliğinde olan hattın yere karşı olan gerilimi U = h. E E (V/m) h (m) dir.

Bu ifadeyi, hattın üzerindeki eşit pozitif ve pozitif ve negatif elektrik yükünü, hattın birim uzunluğunun kapasitesini C ile göste recek olursak.

.Q

U = h. E =

şekline sokabiliriz.

C.L Nakil ile toprak arasındaki gerilimi bu lutun gradyanına bağlı olarak çizilen grafik Şekil: 63 de gösterildiği gibidir. Çizilmiş olan bu eğrilerde nakil hattının (yardan h feet yüksekliğinde) yanına, düşen yıldmmın tesiriyle, nakilden geçirmiş olduğu akımı vermektedir. A feet olarak nakille yıl dırımın düştüğü yer arasındaki mesafedir. Topraklanmış bir demir direğe yıldırım isabetinde meydana gelen aşm gerilimler: Topraklanmış demir direğe yıldırım isa bet ettiği zaman, direk üzerinde meydana gelen gerilim düşümünün anî değeri u = i.R dir. Burada, i, geçen akımın anî değerini göstermektedir, R ise alçak frekansta ölçü len, toprak intişar, direncidir. Gerilim düşü münün anî değerinin büyüklüğü, yıldınm akım şiddetinin seyrine bağlı ve bununla orantılıdır. Bu gerilim düşümü işaretine gö re hattın işletme gerilimile toplanır. Toprak hatları yıldırım akımının toprağa temasında muayyen bir nisbette iştirak ederler. Bunlar

(000

O SOM

S (000 f

3 5000

£ Jooo

"3 dOOO

«• • ••

İr\

^^ ao <*o t o 8 o

%

I"

aşın gerilimin biraz küçülmesinde yardım ederler.

Yıldırımın iki direk arasında toprak hat tına düşmesi halinde meydana gelen aşın gerilimler:

Yıldırımın iki direk arasındaki toprak hattının ortasına düştüğünü farz edelim. Yıl dırım düştükten sonra hattın her iki istika metinde yürüyen dalgalar, meydana gelir. Burada hattın dalga direnci olarak bir hat

0 lflD 300 300 4)0 500 İDO «IÛ0 800 SiD K 4 5

0 200 40b i» fi» İOOO H. S0Ç4 0 dOO «00 4SM h

tın dalga direncinin yansı alınır, zira hat iki tarafında bulunan direklerde topraklandığın dan paralel iki hat şeklinde de alınabilir.

Havai hatlarda direkt, endirekt atmos ferik aşın gerilimlerin meydana gelmesini önlemek için koruma hatlan toprak hatlan kullanılır. Bunlann vazifesi, esas faz hatla rını bulutlannı elektrostatik alanlarına ve yıldmmın direkt isabetine karşı ekranlamak suretüe korumaktır.

Koruma hatlannın ekranlarıma faktörle nnin hesabı :

İyi topraklanmış toprağa paralel çekil miş koruma hattı, buluttan toprağa doğru yayılan kuvvet hatlarını kendine çekerek, etrafını çevreleyen muayyen mıntakadaki alan şiddetini (bulut) küçültür. Alan şiddeti bu suretle küçültülen mıntakada çekilen yük sek gerilim hattı, elektrostatik tesislere kar şı ekranlanmış ve yıldırımın drekt isabetin den korunmuş olur. Ekranlama faktörü şu şekilde hesaplanır:

Toprağa paralel olarak çekilen koruma hattı uzun bir silindire benzetilir. Bunun et rafındaki noktaların potansiyeli Q = — BQ.Ln.a ifadesinden hesaplanır. Formülde Q hattın birim uzunluğuna isabet eden elektrik yükü, a potansiyeli hesap edilecek noktanın koru ma hattının eksenine olan mesafesidir. Ko ruma hattı ile toprak arasındaki mesafe k, faz hattının da bulunduğu noktanın toprağa mesafesidir. Koruma hattı ile toprak arasın daki mesafe k, faz hattının da bulunduğu noktanın toprağa mesafesi h olsun, Topra ğın potansiyeli sıfır kabul edildiğine göre, bu noktanın potansiyeli a1 0 = — 2 QLn .a + 2 Q . Ln a ifadesile hesaplanır.

Yüklü bulutun meydana getirdiği homo

E. M. M. — 16 16

gen alanın alan şiddeti E ise bu alan içinde

k yüksekliğinde olan bir noktanın potansiye

li 0 o = k. E dir.

Bu potansiyel, iyi izole edilmiş, hiçbir

elektrik yükü ihtiva etmeyen topraktan k

yüksekliğinde bulunan hattın toprağa karşı

alacağı gerilime eşittir. Şayet koruma hattı

iyi topraklanmışsa, bu hat üzerinde elektrik

yükü birikeceğinden, bulutun homojen alan

şekli bozulmuş olur. Koruma hattının merke

zinden a uzaklığında bulunan h yüksekliğin

de noktanın potansiyeli şu formülden hesap

Ln aVa

lanır. 0a = E [ h k

]

Ln. 2 k/r

Ekranlama faktörü de

00 0a

Lna'/a

M= 00

h Ln2k/r

şeklinde tarif edilir ve hesaplanır.

Burada a mesafesi küçük olacak olursa

a' = h + k alınabileceğinden denklem

k Ln (h + k) / a

şeklini alır.

Ln 2k/r

Misal: Topraktan h = 15 m yüksekliğin

de olan bir yüksek gerilim hattı topraktan iti

baren k = 17 m yükseklikte bulunan bir ko

ruma hattı tarafından korunuyor. Yüksek ge>

rilim ile koruma hattı arasındaki mesafe

a = 2 m a' = 32 m dir. Koruma hattının

yançapı r = 0,5 cm olduğuna göre, bu koru

ma hattının ekranlama faktörü

17 Ln 32/2

= 0,35

15 Ln 34/0,0005

olur.

Bu atmosferik alan şiddetini yüksek ge

rilim hattının bulunduğu mıntıkada % 35 nis

betinde küçüleceğini gösterir. İki koruma hat

tı kullanıldığı takdirde ekranlama faktörü

o nisbette büyük olur. Koruma hatlan ara

sındaki mesafeyi s ve yüksek gerilim hatlan

nın koruma hattına olan mesafeleri a,, a2 ise denklem şu şekilde yazılabilir:

k Ln a'/a

Ln2k/r'

a = V a,. a2 . .

r" = Vr s

den hesaplanır. Yüksek genüm hattına naza ran simetrik yerleştirilmiş iki koruma hattı kullanıldığı takdirde aynı misalle r = 0,5 cm. r* = V 0,005.4 = 0,14 m. a' = 32 m. S = 4 m. a = 2 M.

Bu değerlerle M = % 57 bulunur. Şayet üç koruma hattı kullanacak olursak M = % 71 e yükselir.

İ O 1 0 SÛ 4 0

Bir yıldırımın 132 kV. hık hattaki koru ma hattı ve nakilden geçiriliş olduğu akım şu şekilde bir eğri verir.

Simetrik olarak akım iletkenlerine yerleş tirilmesi istenilen koruma hattının mevkiini tâyin için muhtelif müelliflerin vermiş oldu ğu hesap ve geometrik metotları görmeden evvel koruma açısı ve mıntakasının tarifleri ni yapalım.

Koruma açısı : Topraklama hattından düşey bir doğru geçirir ve sonra topraklama hattı ile faz ilet kenini birleştirecek olursak X ile tarif edi len koruma açıcı meydana gelir.

Korunma mıntakası:

ac düzleminde ac meyilli hattı, a'nın dü şeyinde bulunan b, ab = y ve be = ky deni lirse ky/y oranına koruma oranı denir, ac toprak hattı ile iletkene kadar uzanır. Mü him çalışmalarda koruma, açısı ve koruma oranı kullanılır. Fortescue ve Conwell çift devreli hatlarda iki toprak iletkeninin ilet kenlerden fazla yukarıya konulmasını tavsi

50 <>0 10 8 0 30 400 ye eder. Wagner Mc. Caun ve Mc. Lane labo ratuvarlarda yapmış olduğu deneylerde y/h = 0,1 için koruma açısının 50° olması, y/h

vC

= 0,2 için de 60° olmasının lüzumlu olduğu nu bulmuşlardır. Burada y toprak iletkeni nin iletkenlerde'n mesafesi, h toprak iletke ninin topraktan yüksekliğidir. Bulut yüksek liğinin değişmeleri, rüzgâr vs. nazarı itibara alınarak 20° lik tolerans tavsiye edilir.

Koruma hattının yerinin tâyini: Feek metodu : Peek tarafından yapılan tecrübelere gö re, koruma hattının faz hatlarını ekranlıya bilmesi için faz hatlarına olan mesafesi en

az

X2

Ah = 1 . 1 [ n

2H

Formülde H = 200 300 m. bulutun arza olan

asgari mesafesi Çizim metodu ile de koruma

hattının mevkii tâyin edilebilir. Yan çapı H

bulut yüksekliğine eşit olan ve faz hatların

dan en gayri müsait durumda olana teğet

olarak çizilen dairenin direği kestiği nokta koruma hattının mevkiini verir. Bundan baş ka Peek'in doğrudan doğruya koruma hattı nın mevkiini veren formülü vardır. Formül de boyutlar feet olaraktır.

Şekil: 70 Langrehr metodu: Schwaiger koruma teorisine dayanır. Koruma hattının mıntaka sı şekilde görüldüğü gibi, tersimi olarak bulu nur. Bundan sonra toprak hattının yeri tes bit edilerek, tesbit edilen noktadan toprağa teğet olarak r = 2h yarıçapında iki daire çi zilir. Çizilen dairelerin arasında kalan kısım korunmuş olan mıntakadır.

=y2

V2(

X : İletken ile toprak hattı arasındaki

orizantal aralık.

H : Bulut yüksekliği.

y : Toprak hattının yüksekliği,

h : İletken yüksekliği.

Misal: X = 20 feet, H = 1000 feet, h =

70 feet olursa y = 78 feet bulunur. Daha iyi,

emniyetle çalışmak için 10 feet ilâve yapılır.

Bu takdirde toprak hattının yerden yüksek

liği 86 feet, iletkenlerden 16 feet bulunur.

Schwaigrer metodu :

Bu metod, koruma hattı irtifaına kadar inen bir yüdınmın büyük bir ihtimalle koru ma hattına veya toprağa düşmesini temin edecek olan bir tertibin tersimi şekilde bu lunması esasına dayanır. Korunma hatların dan geçmek şartile, yarıçapı koruma hattı nın irtifaına eşit olan, toprağa teğet birer yarım daire çizdir. Bu yarım dairelerin ara sındaki mıntakada bulunan yüksek gerilim hatları yıldırım isabetinden ve bulutların elektrostatik tesirlerinden korunur.

E. M. M. — 16 1 6

H. Grunewald metodu : Model tesisler ü zerinde tecrübeler yaparak H. Grunewald yüdınmın faz hatlarına % 100 isabet etme mesini sağlamak için h = 1, 6 X şartının ye rine getirilmesinin lüzumlu olduğunu bul muştur. Yukarıdaki misali ele alacak olursak h = 1,6 x 4 = 6,4 m. bulunur ki bu hesap tar zına göre koruma hattının yüksekliği diğe rinde bulunan değerden biraz yüksektir.

Mathias ve Burhardtsmaier metodu : Bu metod teorik hesaplara ve tatbikatta elde edilen pratik bügilere dayanır. 2 x 25° = 50° lik bir açı teşkü edecek şekilde koruma hat larından faz hatlanna doğru birer nümas çi zilmek suretile koruma mıntakasının sınırla n tâyin edilir. Bu metoda dayanılarak çizi len uygun hat tertipleri Şekil: 72 dedir.

Model — Tecrübe metodu : Yukandaki muhtelif metodlar vasıtası ile koruma hattı nın mevkiini tâyin ederken yıldırım düşme sinde mühim rol oynayan arazi vaziyeti, yer altı sularının durumu, direklerin toprak di rençleri ve koruma hatlannın dalga direnç leri gibi faktörler göz önüne ahnmamıştır. Bunun için, mühim tesislerin korunmasında 1/100 mikyasında küçültülmüş modeller üze rinde takriben 100 kV luk, bir şok gerilimi ile tecrübe yapılır. Yüksek gerilim hatlan ko ruma hattan vasıtasile her nekadar direkt yüdınm isabetlerinden korunursa da, endi

JE

W E

1** ı ıı

II**

rekt atmosferik tesirlere karşı tam manasile korunmuş sayılamazlar. Topraklama nokta sının yakınına yıldırım düştüğü zaman ko rama hattı üzerine yürüyen dalgalar kısa bir zamanda toprağa geçebileceğinden aşın gerilimler derhal küçülmek imkânını bulur. Yıldırım orta bir noktaya düşecek olursa topraklama geç tesir edeceğinden tehlikeli mıntakalarda koruma hattını yükseltmek ve yahutta iki koruma hattı kullanmak gere kir.

Yıldırımın faz hatlarına isabetinin önü ne geçsek dahi, koruma hattına isabet eden yıldırımın, demir direk üzerinden toprağa geçişi esnasında meydana, getirebileceği geri lim düşümü, izolatörün 'darbe atlama gerili mini geçer geçmez, koruma hattı ile faz hat tı arasında bir geri atlamadan dolayı çok kutuülu toürak kısa devreleri meydana gelir. Bunun önüne geçmek için direğin toprak di rencinin, izolatörde geri atlamaya sebebiyet venniyecek şeki'de küçültülmesi gerekir. Bu nun için, toprak direncinin azamî değeri izo latörlerin darbe atlama gerilimine göre hesap lanarak aşağıdaki cetvel tertip edilmiştir.

V

•33 "S

•3

§ .9

ÖT kV. 1,65 2,0 3,6 4,25 5,9

12 16 21 40

aS

•S

Iit u

•a ! I

kV. 2,2 2,7 5,1 6,2 8,4 11 17 23,5 33 60

obm 6 10

20 30 45 60 110 150 220 400

ohm 110 130 140

280 390

500 800 1070 1400 2600

Orta gerilim için tesbit edilen toprak di rençleri, pratikte elde edilemiyecek kadar küçük olduğundan orta gerilim şebekelerin de her zaman geri atlamaya mani olunamaz. Cetveldeki değerler emniyet faktörü 1,1 ve yıldırım akımı 60000 amper kabul edilerek 0,5/50 mikro saniyelik şok gerilimine göre hazırlanmıştır.

Koruma hattının mevkiini pratik olarak tâyin edebilmek için Wagner, Mc. Caun ve Lear'ın direkler ve toprak hatlan üzerinde araştırmalan neticesinde bulunan şu iki gra fiği zikredebiliriz.

Şekil 73. toprak hattının yerden yüksek liğini kolaylıkla bulmağa bizmet etmektedir.

Vv u 40

U

r 1

d

100 P l — J N S

EO

İOO

Ti

Meselâ, iletkenin yerden yüksekliği 100 feet ve X = 20 feet olsun, toprak iletkeninin yer den yüksekliği h = 100 + 30 = 130 feet bu lunur. Diğeri, şekil 74. toprak iletkeni çift ol duğu zaman kuşanılır. Dolu hatlar, çizgiler horizantal hatlar içindir.

Şekil 75, 110 kV luk açık hava tevzi tesi satının koruma hatları vasıtasile yıldırımdan korunmasını göstermektedir. Burada E,, E2

toprak intişar direnci ile karşılaşır. Bundan

dolayı küçük bir akım dahi bu dirençten ötü

rü ağaç direğin elektnki mukavemetini yene

cek gerilim düşümünü meydana getirir. Top

raklanmamış ağaç direklerde lenteli olanlar

bu bakımdan daha büyük tehlikelere maruz

bulunurlar. İstatistiklere göre yıldırımların

% 20 si bu gibi noktalarda atlamalara mün

cer olmaktadır. Buna sebep, ağaç direklerde

atlamaya kifayet 'edecek gerilim düşümü

meydana getiremeyen yürüyen dalgaların

buralarda izolatörler üzerinden hat ile de

mir arasında atlamalara sebep olmalarıdır.

Darbe atlama gerilimi büyük olan izolatör

/.O

ilü

koruma hatları baralara paraleldir.

Ağaç direkli havai hat tesisatının korun ması : Ağaçların darbe atlama gerilimi çok büyük olup meselâ 0,25/20 mikro saniyelik şok gerilimi dalgasında ortalama 450 ile 660 kv/m kadardır. Ağaçların elektriki mukave meti bu kadar yüksek olmasına rağmen yıl dırım isabetlerine şu sebepten mani oluna maz.

Şekil: 76 tipleri seçmek suretiyle bu gibi atlamaların önüne geçmek mümkün olmadığından yolla rı kat eden yerlerde ad'in gerilimini küçük tutmak gayesile gayet iyi bir topraklama yap hcrU«

Şekil : 75

7 m. uzunluğunda ağaç direk alalım. Bunun elektrikî mukavemeti 7 x 450 = 3150 kV. kadardır. Hattâ yıldırım isabet ettiğinde her iki yöne doğru yürüyen dalgalar husule gelir. Bu gerilim değeri direğin elektriki mu kavemetini aştığı zaman direkten yere atla ma olur. Hattın toprağa karşı direnci 500 ohm kabul edilirse, hattın her iki istikametinde intişar eden akımın değeri 3150/500 = 6300 amperdir. Yıldırımın akım şiddeti ise 2 X 6300 = 12600 amperdir. Halbuki yıldırım akımla rının % 80 i bunun üzerindedir. Direkten top rağa yıldırım takriben 300 ohmluk büyük bir

E. M M. — 15 18

mak lâzımdır. Ağaç direkler üzerinde çekil miş yüksek gerilim hatlarının yıldırıma karşı korunması mevzuubahis olduğu zaman, yıl dırım tehlikesi fazla olan noktalarda, koruma hatları ile korunması ve herbir direğin de topraklanması icap eder. Şekil 77. böyle bir direği göstermektedir.

Melvinin 66 üe 132 kV. luk hatlar üzerin de çalışmaları neticesinde varmış olduğu ne tice şudur. Transmisyon hatlarında ağaç di rekler kullanmak faydalı değildir. Bundan başka yıldırım tesirini asgari hadde indirmek için üç umumî tip tarif etmektedir.

a — Toprak battı bulunmıyan sistemler de kuvvet nakili kullanılarak saptırılır. Bu tipten istenilen şey, yapılan operasyonun muvaffak olması için, mümkün olduğu kadar tecrit edilmiş iyi bir topraklamayı şart koşar ki bu hal yüksek voHajlann derecesine göre umumiyetle tatbik edilebilir.

b — Alçak gerilimlerde parafudrlar kul lanılır. Bunlar alçak gerilim hatlarında bir çok mahalleri için kullanıldığı takdirde eko nomik ve avanta] hdır.

c — Basit bir tasarı ki bunda hususî bir tecrübe yoktur. Yıldırıma karşı korunma ya pabilir.

Döner alan elektrik motorları için «HAY LAND»diagrammın önemi

Elektrik motorları sanayiinde ve pratikte döner alan motorları için Hayland diagramı nın önemi büyüktür. Bu diagramı birkaç done ile çizdikten sonra motorun meçhul birçok teknik evsafını diagramdan bulmak mümkün dür. Diagramı çizmek için motor boşta çalışır ken çektiği boş akımı, boş elektrik gücü, rotor sabitken de aynı şekilde çekilen kı sa devre akımı ile kısa devre gücü öl çüldükten sonra bu ölçülerden gerilimle akım arasındaki boş ve kısa devre faz kaymaları hesaplanır. Bu suretle boş akım değeri ve yö nü ile kısa devre akım değeri ve yönü aynı mikyas üzerine çizildikten sonra diagramdan şu ehemmiyetli diğer değerler kolaylıkla elde edilir:

Motor tesmiye akımı değeri ve yönü veril diği zaman, rotor akımını, motorun detay za yiatlarını, dönme momentini, alınan ve veri len motor gücünü, yani randımanı, azamî dönme momentini, devir adedi varyasyonları nı direkt olarak diagramdan okumak.

Bu bilgiler, hesaplanmış ve imal edilmiş bir motorun konstrüksiyon kontrolü için kons trüktör mühendise ne kadar önemli ise pra tikte de çevrilecek bir makine için intihap

Zeki SERTTAŞ

T Müh.

edilen motorun etüdü için de işletmeciye aynı derecede önemi haizdir.

Diagramı çizmeden evvel döner alan mo torlarının hususiyetini izah edelim:

Döner alan motorunun rotorunu sabit tuttuğumuz zaman bir transformatörden farkı yoktur. Statordan çekilen akım transforma törlerin primer akımı gibi müşterek miknatıs akısı (0) yi, stator ve rotordaki gerilim dü şüklüğünü karşılamaya yarar. Burada da pri merden çekilen akım sekonder akımı ile müte nasiptir. Aradaki bariz fark bu motorlarda çe kilen mıknatisiyet akımı değeri rotor ve sta tor arasındaki hava boşluğundan dolayı transformatörlerden daha fazla oluşu, yani transformatörlerde bu akım tesmiye akımı nın % 5 10 arasında iken motorlarda % 20 40 arasında olması, buna mukabil motorlarda kı sa devre gerilimi tesmiye geriliminin % 20 40 olduğu halde transformatörlerde % 2 6 arasında olmasıdır. Ayrıca rotordaki frekans transformatörlerde olduğu gibi primer fre kansımın aynı değil, devir kayması ile müte nasip olup 1 2 gibi çok küçüktür. Meselâ sta tora verilen trifaze akımının döner alan devir adedi (nd), akım frekansı (f) olursa, (P) çift kutup için (nd)