yüksek gerilimde kısa devre ve kısa devrelerin uniter hesabı

hkundak

ÖZET

Elektrik devrelerinin hesabında genellikle önde gelen kural ve teoremlerin başında Ohm, Thevenin, Kirchoff’tur. Karmaşık devrelerde Kirchoff kanunundan çıkıp da Thevenin denkliğine geçildiğinde, bu karmaşık devre hesapları kısmen kolay bir manzara görünümüne bürünür. Ancak yüksek gerilim söz konusu olduğu zaman bunların yerini alan üniter sistem (per unit system) bu kural ve teoremlerin yetişemediği sorunlara el atar. Bu yazıda ele alacağım konu bu sistemin tanıtımı ve yüksek gerilim üreten jeneratör ile yüksek gerilim dağıtan transformatörlerle ilgili bazı uygulamaları ortaya koymaktır.

1. GİRİŞ

Teknolojinin gittikçe ilerlediği, çoğalan dünya nüfuzunun gittikçe arttığı bir ortamda elektrik enerji ihtiyacı yükseldikçe yükselmektedir. Bu da mevcut enerji nakli yollarının daha yüksek kapasiteli olmasını, hacimlerinin mümkün mertebe küçük olmasını gerektirir. Bunu sağlayabilmek için bilim adamları enerji naklinin arabası olan kablolar üzerinde araştırma yapmışlar ve bazı buluşlarla soruna çözüm getirmeye çalışmışlardır. Beş, on, yirmi yıl evvelisine kadar, sorunu çözme açısından, elektrik akımı iletiminde bakır kablolara yakın olan alüminyum kablolarla enerji naklinin yapılmasını ortaya çıkardılar. Ancak zaman mevhumu bu kabloların bir dezavantajı olduğunu ortaya çıkardı. Bu dezavantaj bu tür kabloların oksitlenme olayıdır. Çalışmalarını başka yöne teksif eden bilim adamları geçen yıl içerisinde çok yeni bir buluşla sorunu çözümleme aşamasına geldiler. Bu buluşların başında karbon kablolar gelmektedir [1]. Ancak çok kullanışlı olan bu kabloların imali yüksek bir maliyet getirir ve kullanımını olumsuz yönde etkiler. Enerji nakli ile ilgili bir başka seçenek de yüksek gerilim kullanmaktır. Ohm kanunu tahtında yükselen gerilim oranında akım da azalır, bu da kabloların çaplarının küçülmesini sağlar. Yüksek gerilimin diğer bir avantajı da voltaj düşüklüğünün asgariye indirgenmesidir. Şu an kabloların yüksek kapasiteli enerji naklini sağlamak için onlara yüksek gerilim uygulanması kabul edilen yöntemlerin başında gelir. Jeneratörlerin yüksek gerilim üretmek için yapılışlarının başlıca nedeni bu oluşumdan kaynaklanmaktadır. Ancak gerilim yükseldikçe sorunlar ve emniyet hususları da artar [2]. Yüksek gerilimin getirdiği tehlikelerin büyüklüğü karşısında özel tedbirler alınması, özel cihazların kullanılması, kablo izolasyonunun yüksek gerilime dayanacak biçimde özel yapılması ve koruyucu devrelerin oluşturulması gerekmektedir. Yüksek gerilimin taşınması öngörülen bir teşkilatta koruma cihazlarını seçebilmek için teşkilat içerisinde bulunan kabloların çalışacakları akım sığası ile bu akımın azami şiddetini tayin etmek zorunluluğu vardır. 3 fazlı bir sistemde kısa devre oluşması halinde bu gereklilik kaçınılmaz duruma gelmektedir. Böyle bir durumda üreten sistemin ve kabloların korunması, kabloların kısa devre yaptığı yerden salt kabloların oluşturduğu direnç, transformatör sarım reaktif direnci ile jeneratörün iç direncine bağlı olmaktadır. Böyle bir durumda kısa devre hesaplamaları büyük bir önem kazanır.

2. KISA DEVRE HALLERİ

Elektrik akımı taşıyan devrelerde kısa devre olması olağandır. Özellikle yüksek gerilim ihtiva eden sistemlerde. Böyle bir durum çok büyük tehlikeler arz eder. Bugün gerek sistemi, gerekse sistemde görev yapan elemanları korumak için çeşitli önlemlerin alınması başlıca yaptırımlar arasına girmiştir. Kısa devre kırmızı, sarı, mavi, nötür ve toprak hatlarının en az ikisinin birbirine temas ederek elektriksel akımın bu yolla devresini tamamlamasıdır. Toprak ve nötür hattı arasındaki kısa devre konunun dışında kalırlar. Kısa devreler oluşumlarına göre değişik karakteristikler gösterirler. Üç fazın birden kısa devre olması, iki fazın kısa devre olması, herhangi bir fazın nötürle kısa devre olması, toprak hattının herhangi bir fazla kısa devre olması gibi. Tüm üç fazı birden kapsamına alan kısa devreler simetrik hata olarak tanımlanır. Diğer kısa devreler ise asimetrik olarak adlandırılır. Şunu da kabul etmek gerekir ki üç fazlı sistemlerde simetrik olarak tanımlanmasına karşın kısa devre sonucu meydana gelecek dalga oluşumları simetrik olmayabilir. Bu oluşumlar devrede olan potansiyelin sıfır veya sıfıra yaklaşık bir düzeyde, belkide çok kısa bir zaman süresindeki hallerde kendini gösterir. Şekil 1. anılan devrelerdeki asimetrik dalga oluşumunu yansıtır