EM 420 Yüksek Gerilim Tekniği
Transkript
EM 420 Yüksek Gerilim Tekniği
EM 420 Yüksek Gerilim Tekniği YÜKSEK GERİLİM KABLOLARI YRD.DOÇ. DR. CABBAR VEYSEL BAYSAL ELEKTRIK & ELEKTRONIK YÜK. MÜH. Not: Tüm slaytlar, listelenen ders kaynaklarından alıntı yapılarak ve faydalanılarak hazırlanmıştır. Bu bölümde esas olarak Dr. Jeff Robertson’un “Cable Technology” slaytlarından faydalanılmıştır. YÜKSEK GERİLİM KABLOLARI 2 Dezavantajları Avantajları Özellikle ÇYG seviyelerinde havai Montaj haricinde görsel olarak hatlara göre ilk yatırım maliyeti dışş ortamda bulunmazlar büyüktür büyüktür. Kablodaki arzıayı bulma ve onarma süresi havai hatlardakine nispeten dah açok zaman alır Yıldırım ve rüzgar gibi dış etkenlerden etkilenmedikleri için göreceli olarak daha güvenlidirler. Havai hatlara göre daha Yerleşik ve kalabalık bölgelerde montaj emniyetlidir.Vandalizmden zorluğu vardır. korunmuşlardır. Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal Böl. EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. 19.01.2011 Güçç Kablosu Bileşenleri ş 3 Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl. 19.01.2011 Kablonun DC Direnci 4 y İletken direnci aşağıdaki noktalarda etkili olduğu için önemlidir: { { Kablonun ısınması (enerji kaybı) Kablo boyunca reaktansla birlikte gerilim düşümü y İletkenin birim boyunun DC direnci: R20 = ρ20 A -1 1 Ωm y İletkenin direncinin sıcaklıkla değşimi de dikkate alınmalıdır: l ld Rt = R20[1+α20 (t − 20)] Ωm -1 Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl. 19.01.2011 Özdirenç Tablosu 5 Sıcaklık Katsayısı / K Bakır Özdirenç / Ωm @ 20°C 1.72 x 10-8 Aluminyum 2.83 x 10-8 4.0 x 10-3 Kurşun 21 4 x 10-88 21.4 4 0 x 10-33 4.0 Çelik 13.8 x 10-8 4.5 x 10-3 Malzeme Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal Böl. 3.9 x 10-3 EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. 19.01.2011 AC Direnç – Deri & Yakınlık Etkileri 6 y Deri Etkisi { İletkenin dış yüzeyinde akım yoğunluğu fazla olduğu için, için AC direnci deri etkisi olarak görülür ve akımla artıkça artar artar. y Yakınlık Etkisi { İletkenin AC direnci, direnci yakındaki diğer iletkenlerde oluşan manyetik alan akısı endüklenmelerinden dolayı artar. (Eşlenik endüktans) Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal Böl. 4ρ RAC = kk k 2 1 2 3 nπ d EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. 19.01.2011 İletken Yapıları p 7 Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl. 19.01.2011 Yalıtım Malzemeleri 8 Kablo İzolasyonu Malzemelerinin Permitivite & Dielektrik Kayıpları PVC C XLPE PAPER Bağıl permitivite ( 50Hz de) 6-8 23 2.3 2 2 – 3.8 2.2 38 T δ Tanδ 0 08 0.08 Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal 0 0003 0.001 0.0003 0 001 – 0.004 0 004 EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl. 19.01.2011 İletken Direnci ve Güçç Kaybı y 9 y AC ve DC dirençleri önceki başlıklarda verilmiştir. y AC sistemlerdeki g güçç kayıpları yp hesabında mutlaka AC direnç değerleri kullanılmalıdır. resistance values y İletkenin birim uzunluğunca üretilen ısı: Wconductor = I Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal 2 conductor ⋅ Rconductor W/m EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl. 19.01.2011 İletkenin Endüktansı 10 y Tek damarlı 3 kablo yada 3 damarlı kabloların endüktanslarını dük l h hesaplamak l k yerine i tablodan bl d faydalanmak daha kullanışlıdır. y Endüktans 2 kısımdan oluşur { { Akım taşıyan iletkenin öz öndüktansı İletkenle kılıf arasındaki eşlenik endüktans y Tek damarlı bir kablo için: R r H/m K = 0.05 for circular conductors Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl. 19.01.2011 İletkenle Zırh Arasındaki Kapasite p 11 y Kemerli kablolarda hesaplamak zordur. y Kablodan ilk anda bir şarj akımı geçmesine neden olur bu da kablonun akım taşıma kapasitesi ile maksimum boyunu etkiler. etkiler Yani şark akımı, akımı toplam kablo boyunca oluşan kapasitörün alacağı yüke eşittir ve bu değerin max akım taşıma kapasitesinden küçük olması gerekir. Kesit belirli iken iken, boy buna göre sınırlanır sınırlanır. y Kapasite esas olarak yük yokken ortaya çıkan kayıpları tayin eder. (I2R ve dielektrik kayıpları) y Ekranlı ve tek damar kablolar için co-axial hesaplama kullanılır. Diğer tipler için tablo kullanmak daha pratiktir 2 πε o ε r C = ln( R r ) Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl. 19.01.2011 Kapasite 12 y İdeal kapasitör yoktur, yoktur hepsi sızdırır sızdırır. y Kapasitörün üzerinden akım geçerken, , az bir miktarda dielektrik kaybı y oluşur. ş Malzeme Tanδx103 εr Yağ Doyurulmuş Kağıt 2–3 7 – 10 Polyethylene 0.2 – 0.4 0.4 – 0.9 XLPE 0.3 – 0.5 0.7 – 1.2 Etilen Propilen Lastik (EPR) 1.8 – 3 4.7 – 8.1 Polypropilen / Kağıt Lamine (PPL) 0.5 – 0.6 1.3 – 1.6 I δ I = EωC I R = EωC tanδ Θ≈90° Θ Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal E EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl. 19.01.2011 Kapasiteye p y Bağlı ğ Güçç Kaybı y 13 y Dielektrikteki Güç kaybı Wdielectric = E ωC tanδ 2 Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl. 19.01.2011 Elektrik Alanı Dağılımı ğ 14 y İletkendeki elektrik alan şiddeti ,dış izolasyondaki şiddete göre daha büyüktür. y Elektrik alan şiddeti kısmi bozukluk olan bölgelerde ve boşluklarda R r x δx Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal Electriical Stress (k kV/mm) yalıtkan malzemeye göre daha fazla olur. V Ex = x ln(R r ) xln Distance across insulation (mm) EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl. 19.01.2011 Mazlemelerin Elektrik Alanı Özellikleri 15 Malzeme l Delinme li Alan l Şiddeti (kV/cm) Çalışma Ç l Alan l Şiddeti (kV/cm) XLPE 300-500 50 EPR ≈400 40 Yağ & Kağıt 400 700 400-700 50 PVC ≈300 18 Hava 24-31.5 1 Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl. 19.01.2011 Endüklenen Kılıf Voltajı j ve Kılıftaki Güçç Kaybı y 16 y Kılıf bağlama yöntemine göre değişir y Kılıfta endüklenen voltaj: ES = IXm V/m X m = 2πfM Ω/m & M = 0.2ln⎛⎜ 2S ⎞ µH/m ⎝ dm ⎠ Is = Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal Es R +X 2 s 2 m = IXm R +X 2 s 2 m EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl. 19.01.2011 Endüklenen Kılıf Voltajı j ve Kılıftaki Güçç Kaybı y 17 1 • Sheath Sh th losses l expressed d as a ratio ti off conductor d t llosses RS λ1 = R ⎛ Rs ⎞ 1 + ⎜⎜ X ⎝ m ⎠ 2 y Zırhta oluşan kayıplarda benzeridir. (λ2) Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl. 19.01.2011 Endüklenen Kılıf Voltajı j ve Kılıftaki Güçç Kaybı y 18 D y Yatay gruplanan kablolar için ⎛ 2s ⎞ X m = 2ω ⋅10 ln⎜ ⎝d⎠ −7 S • Üçlü demet yapılan kablolar için ⎛ 3 s⎞ X m = 2ω ⋅10 ln⎜ 2 2 d⎠ ⎝ S Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal Böl. D −7 EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. 19.01.2011 Termal Karakteristikler ve Isı Kaynakları y 19 y Elektriksel karakteristikler üretilen ısı kaybı miktarını b li l belirler. y Termal karakteristikler ise sıcaklık artışlarını tayin eder. eder y Termal direnç ve özdirenç elektriksel dirençç ve özdirence benzeşir. ∆Θ = T ⋅W Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal ISI KAYNAKLARI y İletken kayıpları (I2R) y Dielektrik Di l k ik kayıpları k l (2πf ( f E2 C tanδ) δ) y Kılıf kayıpları (λ1) y Zırh Z h kayıpları k l (λ2) T= ρT l A EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl. 19.01.2011 Termal Dirençler ç 20 Termal Tanımı Direnç T1 Birim boyda iletkenle iç kılıf arası termal direnç T2 Bi i boyda Birim b d iç i kılıfla k l fl zırhh arası termal direnç T3 Birim boyda kablo yataklaması ile dış yüzey arası termal direnç T4 Birim boyda kablo dış yüzeyi ile ortam arasındaki termal direnç Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl. 19.01.2011 Termal Dirençler & Sıcaklık Artışı 21 Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal Böl. EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. 19.01.2011 Termal Dirençler ç 22 Tipik tek damarlı bir kablonun termal direnci ⎡ ρT 2 t1 ⎤ T1 = ln ⎢1 + ⎥ 2π dc ⎦ ⎣ ρT = malzemenin termal direnci t1 = malzeme kalınlığı y ğ çapı ç p dc = kaynağın Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl. 19.01.2011 Termal Dirençler 23 Malzeme Termal Direnç (Km/W) Kağıt 5.0 – 6.0 XLPE 3.5 PVC 5.0 – 6.0 Jute / fiber malzemeler 6.0 Polietilen 3.5 Beton 1.0 p ((Az rutubetli)) Toprak 1.2 Toprak (Çok rutubetli) 0.9 p (Ç kuru)) Toprak(Çok 3.0 Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal Böl. EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. 19.01.2011 Kablo Sıcaklık Artışı ş / Akım Kapasitesi p 24 [ ] [ ] ∆Θ = (I 2 R + 0.5Wd )T1 + I 2 R(1+ λ1 ) + Wd nT T2 + I 2 R(1+ λ1 + λ2 ) + Wd n(T3 + T4 ) ⎡ ⎤ ∆Θ−Wd [0.5T1 + n(T2 + T3 + T4 )] I= ⎢ ⎥ ⎣ RT1 + nR(1+ λ1 )T2 + nR(1+ λ1 + λ2 )(T3 + T4 ) ⎦ Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl. 19.01.2011 Kable Toprak p İletkeni Bağlama ğ 25 • How not to do i! Red Core Earth Red Core Phase Blue Core Earth Blue Core Phase Yellow Core Earth Yellow Core Phase Mutual Earth Earth Bond Cable Joint Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl. 19.01.2011 Kablo Toprak İletkeni Bonding 26 Çapraz Bağlama Red Core Earth R dC Red Core Ph Phase • Toprak Çapraz Bağlama Blue Core Earth Blue Core Phase Yellow Core Earth Yellow Core Phase Mutual Earth Earth Bond • Faz Çapraz Bağlama C bl Joint Cable J i t Red Core Earth Red Core Phase Blue Core Earth Blue Core Phase Yellow Core Earth Yellow Core Phase Mutual Earth Earth Bond Cable Joint Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl. 19.01.2011 Kağıt ğ İzoleli Kablolar 27 y Yağ veya reçine doyurulmuş kağıt güç kablolarının çoğunda kullanılmaktadır. y Kağıt ğ eski ve giderek g kaybolan y bir teknoloji j olmasına rağmen hala her gerilim seviyesinde kullanılmaktadır. y Kağıt daha çok iletim kablolarında kullanılmaktadır. y Kağıt K ğ kablo k bl ü üzerindeki i d ki iizolasyon l h helix li şeklinde bantlar olduğu için birbiri üzerini örter. örter Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl. 19.01.2011 Polimer Güç Kabloları 28 y Polimer kablolar ilk olarak AG seviyelerinde kullanılmıştır. Daha sonra PVC ve EPR en kullanılmıştır son XLPE ile OG /YG kademelerinde yaygınlaşmıştır y XLPE düşük kayıpları ve düşük ısıl direnci yüzünden PE ve EPR yi saf dışı bırakmıştır. y XLPE çoğunlukla dağıtım şebekelerinde kullanılmakla beraber iletim şebekelerinde de yaygınlaşmaktadır (154 kV 220 kV gibi). y EPR halen kimyasal dayanıklık ve kablo esnekliği gerektiren sahalarda kullanılmaktadır. kullanılmaktadır Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl. 19.01.2011 İletken/Yalıtkan / Kılıflar 29 y Also referred to as screens or semicon layers y y Sharp / non-uniform edges around the outside of the conductor/outside d d off the h insulation l result l in regions off elevated electric field y Voids between the conductor/insulation and the insulation/sheath / must be avoided y A semiconducting conductor shield is used to prevent these h ffrom h happening i Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl. 19.01.2011 Zırh 30 y To provide extra mechanical tensile strength, wire or metal tape p armour can be p placed around the sheath y Armour can be used to increase fault level current rating of the cable { Separated from sheath by bedding so must be bonded to it y Commonly used materials include steel tape, tape steel wire and aluminium wire { Steel should not be used on single core cables Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl. 19.01.2011 Ekranlı ve Kemerli 3 Damarlı Kablolar 31 Kemerli Kablo Electrical Flux in a Belted Cable Lead / Corrugated Aluminium Sheath Filler Belt Insulation Oversheath Bitumen Conductor Shield / Screen Core Insulation Armour Belt Shield / Screen Armour Bedding Lead / Corrugated g Aluminium Sheath Filler Oversheath Bitumen Core Inner Semicon Screen Core Insulation Ekranlı Kablo Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal Böl. Armour Core Insulation Shield / Screen Armour Bedding EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. 19.01.2011 Kağıt İzoleli Orta Gerilim Kabloları 32 3-core 11kV belted PICAS cable with a corrugated aluminium sheath 3-core 150mm2 6.35/11kV screened paper insulated lead sheathed (PILS) cable with a PVC oversheath Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl. 19.01.2011 Orta Gerilim Polimer Kablolar 33 Pirelli 33kV Single Core Cable 1. Stranded or solid Al / Cu conductor d t 2. Extruded inner conductor shield hi ld 3 Extruded XLPE insulation 4 Extruded outer insulation sheild 5 Copper wire screen 6 Bindings 7 MDPE sheath Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl. 19.01.2011 Gaz Izoleli Hatlar 34 E Esnek k SF6 izoleli i l li 220kV YG Kablosu K bl Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal Böl. EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. 19.01.2011 35 Some advantages/disadvantages of GIL Ad t Advantages • Large cross-section possible allow high transmission powers • Large diameter means good heat dissipation • High overload capacity • Not easily flammable • Minimal dielectric losses • Low current dependant losses • Low operational capacitance, low charging power and no reactive power comensation required • Easy transition to SF6 switchgear Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal Böl. Di d t Disadvantages • Larger external diameter on site • Only rigid pipes possible so on-site construction required • On-site construction means high risks of impurities in gas system • Compensation required for axial thermal expansion of pipes • Bend components in system expensive is path not straight • SF6 is not environmentally friendly • Gas needs monitoring • Costs are higher EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. 19.01.2011