UZAK MESAFE YÜKSEK GERİLİM HATTI MODELİ

1886 yılında Great Barrington’da (USA) 1 kV’luk alternatif akım dağıtım sistemi kurulmuştur. Aynı yıl 2 kV’luk ac güç Cerchi’de (İtalya) kurulmuş ve 30 km’lik mesafeye nakledilmiştir.

Yüksek voltaj kullanılarak üç fazlı alternatif akım taşınımı ilk olarak Frankfurt’taki (Almanya) Uluslararası Elektrik Fuarında 1891 yılında gerçekleştirilmiştir.

Elektrik enerjisinin en önemli özelliği üretildiği anda tüketilmesi zorunluluğudur. Bir diğer özelliği de üretildiği elektrik enerjisi santrallerinden tüketicilerin bulunduğu çok uzak bölgelere kolayca iletilebilmesidir. Bu iletimin verimli bir şekilde gerçekleşebilmesi için gerilimin yeteri kadar yüksek olması gerekir.

Transformatörler alternatif akımın gücünü ve frekansını değiştirmeden ihtiyaca göre bir oran dahilinde gerilim düşürmeye veya yükseltmeye yarayan elektrik makineleridir.Gerilimi yükseltmek ve enerjinin uzaklara verimli bir şekilde iletilmesini sağlamak için transformatörler kullanılmaktadır. Elektrik enerjisinin gerilimi transformatörler yardımıyla yükseltilebilir veya düşürülebilir. 

Elektrik enerjisinin üretildiği yerden kullanılacağı yere kadar iletilmesi ve dağıtılması hava ve yeraltı hatları ile sağlanır. Elektrik enerjisi genel olarak iletim hatlarında alternatif akımla taşınır. Bununla birlikte bazı özel durumlarda doğru akımla da enerji taşınmaktadır.

Elektrik enerjisinin oluşturduğu sistemin sürekliliğinin sağlanabilmesi için elektrik santrallerin bir merkezden kontrol edilmesi gerekir. Coğrafi bölgelere dağılmış olan tüketici talebi bir çok küçük ölçekli santraller yerine sayıca az fakat büyük ölçekli santraller tarafından enterkonnekte iletim sistemi ile karşılanmaktadır.

Atölyede dikkat edilmesi gereken bazı şeyler şunlardır:

• Elektrik çarpmaları ile ilgili ilk yardım bilgilerini öğreniniz. İlk yardım uygulamak durumunda kalırsanız, aceleci ve heyecanlı olmamaya çalışınız. Aksi halde olası bir kazaya uğramış arkadaşınızın yaşamını yitirmesine neden olabilirsiniz.
• Laboratuvarda çalışmaya başlamadan önce, yapacağınız deneyde kullanacağınız cihazların kablolarının prizlerde takılı olup olmadığını kontrol ediniz, takılı ise fişleri prizlerden çıkarınız.
• Laboratuvarda deney yapmak üzere kullanılacak prizlerde toprak hattının bulunması zorunludur.
• Kullanacağınız cihazların kablolarında çatlaklar, yırtıklar, kopmalar olup olmadığını kontrol ediniz. Belirtilen aksaklıkların bulunması durumunda bu cihazları kullanmayınız ve gerekli onarımların yapılması için görevlileri uyarınız. (Bkz. Sf. 178)

rms (karelerortalamasının-karekökü) değer alternatif akımın bir direnç üzerinde tükettiği enerjiye eşit miktarda enerji tüketen doğru akımın karşılığıdır.

Elektrik enerjisi santrallerde üretildikten sonra abonelere ulaşana kadar değişik işlemlerden geçer. Elektrik enerjisinin üretildiği santraller genellikle tüketim bölgelerinden uzaktadır. Bu nedenle elektrik enerjisi üretildiği yerlerden tüketim bölgelerine taşınması gerekmektedir. Elektrik santralinde kontrollü ve planlı olarak elde edilmiş elektrik enerjisinin, santrallerden kullanıcılara iletilmesini sağlayan hatlar iletim hatları olarak adlandırılır.

Enerji iletim ve dağıtımı yapılmasında gerilimin büyük önemi vardır. Elektrik santrallerinde üretilen gerilim orta seviyededir (1 kV-35 kV, 1 kV=1000 volt’tur). Enerjinin üretildiği santralden tüketim bölgelerine verimli bir şekilde iletiminin sağlanması için yüksek gerilime (35-154 kV) ihtiyaç duyulur. Enerji iletimi için gerilim ne kadar yüksek olursa akım o kadar azalacak ve dolayısıyla enerji iletimini sağlayan iletkenin kesiti küçülecektir. Böylece iletken kesitinin küçülmesi maliyeti azaltacaktır.

Alternatif akım yükseltici ve düşürücü transformatörler yardımıyla kolayca yükseltilebilir veya düşürülebilir. Transformatörler sürekli manyetik akı değişimi prensibine göre çalıştığından, dc gerilimi yükseltmek veya düşürmek için kullanılamaz. Bu sebeple elektrik enerjisi genellikle alternatif akımla taşınır.

Bir transformatör sac paketinden yapılmış bir demir çekirdek üzerine sarılmış iki bobinden oluşur. İdeal bir transformatör tellerinde ve çekirdeğindeki enerji kayıplarının ihmal edilebildiği bir transformatördür. AC giriş gerilimine sahip olan ve N1 sarımdan oluşan sol taraftaki bobine birincil (primer) bobin adı verilir. N2 sarımdan oluşan ve bir R yük direncine bağlanan sağdaki bobine ikincil (sekonder) bobin adı verilir. Ortak demir çekirdeğinin amacı manyetik akıyı arttırmak ve akının bir bobinden diğerine geçtiği bir ortam sağlamaktır. Bobin telleri küçük dirence sahip olduklarından dolayı Joule ısı kayıpları genellikle çok küçüktür. Tipik transformatörlerin güç verimi %90-99 arasında değişmektedir.

N2 (ikincil bobin) sarım sayısı N1’den (birincil bobin) büyük olduğu zaman (N2 > N1), V2 çıkış voltajı, V1 giriş voltajından büyük olur. Böyle bir transformatör yükseltici transformatörü olarak adlandırılır. N1 sarım sayısı N2’den büyük olduğu zaman (N1 > N2), V2 çıkış voltajı V1 giriş voltajından küçük olur. Böyle bir transformatör düşürücü transformatörü olarak adlandırılır

Transformatörler amaçları bakımından yapılış tarzlarına göre;

• Güç (dağıtım) trafoları
• Ölçü (akım ve gerilim) trafoları
• Özel maksatlı trafolar

olarak sınıflandırılır.

Transformatörler üst gerilim şebekesinden alt gerilim şebekesine güç aktarmak amacı ile kullanılıyorsa güç transformatörleri olarak adlandırılır. Güç transformatörü, yükseltici-indirici merkezler arası enerji iletiminde kullanılan YG/YG (Yüksek Gerilim) transformatörüdür. 

Eğer transformatörler gerilimi ve akımı ölçmek amacıyla kullanılıyorsa ölçü transformatörleri olarak adlandırılır.

Transformatörler gerilimlerine göre dört gruba ayrılır. Bunlar;

• Düşük gerilim: 0 – 1 kV arası gerilim değerleridir.
• Orta gerilim: 1 – 3 – 5 – 10 – 20 – 25 – 30 – 35 kV değerleridir.
• Yüksek gerilim: 45 – 60 – 154 kV değerleridir.
• Çok yüksek gerilim: 154 kV ve üzeri değerleridir.

Elektrik enerjisini ileten ve dağıtan, iki elektrik cihazını birbirine elektriksel olarak bağlayan, elektriksel olarak yalıtılmış bir veya daha fazla telden meydana gelen iletken elektrik malzemesine enerji kablosu adı verilir.

Hava hatlarının yeraltı hatlarına göre avantajı ve dezavantajı vardır. Avantajlarından bazıları;

• Daha az maliyetlidir,
• Arızalarının tespiti daha kolaydır.

Dezavantajları ise;

• Çevre şartlarından kolayca etkilenebilir,
• Uzun ömürlü değildirler.

Elektrik enerjisinin iletiminde kullanılan iletken materyaller;

• Yüksek elektriksel iletkenlik,
• Düşük maliyetli,
• Düşük özgül ağırlıklı,
• Yüksek çekme mukavemetli

gibi özelliklere sahip olmalıdır.

Elektrik enerjisi iletim hatlarında;

• Bakır,
• Alüminyum,
• İletken çelik takviyeli alüminyum (ACSR),
• Galvanizli çelik,
• Bakır kadmiyum

gibi iletken materyaller kullanılır.

Bir yerden başka bir yere elektrik enerjisinin iletiminde kullanılan iletim hatlarında;

• İletim kayıpları en az olmalı,
• Güç, belirtilen gerilim değerinde aktarılmalı,
• Radyo (yüksek frekans) frekansından etkilenmemeli,
• Yüksek kullanılabilirliğe sahip olmalı

gibi şartların karşılanması beklenir.

Hava iletim hatları kısa, orta ve uzun iletim hatları olarak sınıflandırılır.

Kısa iletim hatları 50 km’ye kadar uzunluğa ve 20 kV’luk gerilime kadar değerlere sahip olan hatlardır. İletim hattının kısa ve düşük voltaja sahip olması nedeniyle kapasitans etkileri küçüktür ve ihmal edilir. Bu hatlarda direnç ve indüktans baskın parametrelerdir.

Orta iletim hatları 50 km ile 150 km arası uzunluğa ve 20 kV ile 100 kV voltaj aralığı değerlerine sahip hatlardır. Bu hatlardaki gerilim ve hat uzunluğu sebebi ile kapasitif etkiler ihmal edilemez.

İletim hatlarında en çok kullanılan gerilim değerleri 380.000 V, 154.000 V, 66.000 V ve 24.500 V’tur. 34.500 V’un altında olan 20.000 V ve 15.000 V luk ortalama gerilimler ile 380 veya 220V’luk düşük gerilimlere dağıtım gerilimleri denir.

Elektrik enerjisi iki gerilim seviyesinde kullanıcılara sağlanır. Bunlar;

• Fazlar arası 380 V ve faz-toprak arası 220 V
• Fazlar arası 200 V ve faz-nötr arası 127 V

olan gerilimlerdir.

Elektrik enerjisi iletim ve dağıtım hatlarında, hattın direnci, indüktansı ve kapasitansı gibi değerlerine hat sabitleri denir.

Alternatif akım devresinde, doğru akım devresine göre aynı etkiyi gösteren bir direnç etkin direnç olarak adlandırılır.

Elektrik enerjisi taşıyan yüksek gerilim hatlarındaki elektrik yükü miktarı alternatif akımdan dolayı sürekli değişir. Elektrik yükü miktarındaki bu değişim bir akım oluşturur ve buna şarj akımı denir.