Enerji kablolarını seçerken Kablo Seçimi Kriterleri

Enerji kablolarını seçerken Kablo Seçimi Kriterleri
Enerji kablolarını seçerken,bazı kriterleri dikkate almamız gerekir.Eğer iletkenlerin
sahip oldukları kriterler önceden bilinir ise gerilimin büyüklüğüne ve hattın özelliğine göre
iletkenlerin seçilmesi daha doğru olur. Bunlar, kabloların elektroteknik özellikleri, gerilim
değerleri, gerilim düşümü ve kesit değerleri, kısa devre akımına dayanım ve sıcaklık
değerleri olarak belirtilebilir. Bu kriterler aşağıdaki gibi sıralanabilir;

Kabloların Elektroteknik Özellikleri
Enerji iletim ve dağıtım hatlarında akım,gerilim,güç ve güç kat sayıları gibi
büyülükler arasındaki ilişkileri hesaplamaya yarıyan ve hatların özelliklerine göre değişen RL-
C değerlerine hat sabiteleri denir. Enerji taşıma hatlarının çalışma gerilimlerinin
büyüklüğüne göre hat sabitelerinden bazıları çok küçük değerlere düşer. Bu bakımdan
bazıları dikkate alınmayabilir.


1. Direnç
Elektrik enerjisi,iletim ve dağıtım hatlarında gerilim düşümü ve güç kaybının
meydana gelmesine sebep olan hat sabitesidir. Bu nedenle direncin önemi fazladır. Hatların
doğru akım ve alternatif akım dirençleri ayrı ayrı düşünülür. Frekans yükseldikçe bu iki
direnç arasındaki fark büyür. Alternatif akımdaki dirence etkin direnç de denir.
Kablo iletkenlerinin +20 °C’deki Ro doğru akım dirençleri hesaplama veya ölçüm ile
bulunabilir, kablo kataloglarından da iletkenlerin doğru akım dirençleri bulunabilir.

Kablo alternatif akım direnci R, çelik zırh ve metal kılıfta oluşan ek kayıplar ve deri
(skin effect-frekans yükseldikçe akımın kablo merkezinden uzaklaşarak yüzeye yakın geçişi)
ve yakınlık olayı(proximity effect) sebepleri ile daha da büyür. İletken direncinin
yükselmesine neden olan bu etkenleri, doğru akım direncine bir ΔR direnci eklenmesi
şeklinde kabul edilebilir.
Doğru akım direnci;
Ro=L/KxS
Burada, L=iletkenin boyu, K=İletkenlik kat sayısı (Bakır=56, Alüminyum=35 alınır)
S=Kesit
Alternatif akım direnci (Etkin direnç);
R=Ro+ ΔR
R=Alternatif akım direnci Ro=Doğru akım direnci ΔR=Direnç değişimi
veya
R=P/I² şeklinde de bulunabilir. P=İletkendeki güç kaybı I=Geçen akım
İletkenin ısı derecesinin düşmesiyle direnç azalır.
ÖRNEK:70 mm² kesitli bakır iletkenin 1 km’sinin direncini hesaplayalım.
(Kcu=56)
Ro=L/KxS Ro=1000/56.4 Ro=0,255 Ohm. Olarak bulunur.
Aynı kesit ve uzunlukta bir bakır iletken ile alüminyum iletkenin dirençleri arasında
R=35/56=0,62 gibi orantı vardır.Örneğin yukarıdaki iletken alüminyum olsaydı hattın
direnci 0,255/0,62=0,41 Ohm olarak bulunurdu.
YVV 1×4 mm² kablonun 1 km’sinin 20 °C’deki DA direnci 4,61 Ω’dur(Kablo
kataloğundan ve tablo 1.7’den).
Tablo 1.7’ de kabloların (bakır ve alüminyum) dirençleri verilmiştir, inceleyiniz.

2009-11-17_235014

2. Endüktans
Üzerinden akım geçen bir iletkenin çevresinde bir manyetik alan oluşur. Bu manyetik
alan değişken bir manyetik alan ise devrede bir endüksiyon elektromotor kuvvet meydana
getirir. Bu emk’i manyetik alan devrenin kendisi tarafından meydana getirildiği için öz
endüksiyon denir. Bu emk’e ise zıt emk veya self endüksiyon emk denir. Meydana gelen bu
zıt emk iletken üzerinden geçen akımdaki artışı artırmaya veya azaltmaya çalışır. Dolayısıyla
lenz kanununa göre kendisini meydana getiren sebebe karşı koyar. Dolayısıyla iletkenin
alternatif akıma karşı direnci artar. Bu etkiye endüktif reaktans (XL) denir ve iletken üzerinde
bir gerilim düşümüne sebep olur. Fakat aktif güç kaybına bir etkisi yoktur.
Endüktif reaktans, hatların bir veya üç fazlı oluşları ile, hat iletken düzenlerine,
iletkenler arasındaki aralığa ve iletken yarıçaplarına bağlı olarak değişir.
Bir fazlı ve üç fazlı simetrik hatlarda hattın 1 km’si için endüktans;
4 – 10 ) 5 , 0 . log . 6 , 4 ( x L r
d
+ = (Henri/Km) formülü ile hesaplanır, L=Endüktans (Henri)
d=İletkenler arası açıklık(cm) r=İletken yarıçapı (cm) (Simetrik hat) Simetrik hat
her fazının endüktansı birbirine eşittir.(LR=LS=LT) ve açıklıklar eşittir (d12=d23=d31)
İletkenler asimetrik olarak yerleştirilmiş ise fazların her birinin endüktansı değişiktir.
Bu nedenle hatlarda çaprazlama yapılarak endüktans eşitlenir. İletken aralıkları değişik
değerde ise d yerine dm eşdeğer aralık konulur. dm=³√¯d12.d31.d23¯
Endüktif reaktans (XL);
XL=2.π.f.L ( Ohm) formülü ile hesaplanır. f=Frekans
Endüktif reaktansın azaltılması için iletken kesitlerinin büyük, iletkenler arası
açıklıkların ise küçük tutulması gerekir. Ancak büyük kesit ekonomik olmayacaktır. Ayrıca
iletkenlerin cinsi ile işletme geriliminin büyüklüğü ve taşınacak güçler, kullanılacak kesitleri
sınırlamaktadır.
YE3SV 1×35ş/16 mm² 20,3/35 kV kablonun 1 km’sinin çalışma
indüktansı(yaklaşık) 0,775/0,508 mH (mili Henri).(Kablo kataloğundan)

2009-11-17_235059

Tablo 1.8: PVC izoleli kabloların endüktif reaktansları (XL)
Tablo 1.8’i incelediğimizde 95 mm² kesitli PVC izoleli kablonun; 0,6/1 kV gerilimde;
çok damarlı kablo XL’si 0,075 Ohm- bir damarlı 0,088 Ohm.
3,6/6kV gerilimde(95 mm²) 3 damarlı için XL’si 0,088 Ohm- bir damarlı için 0,112
Ohm.
6/10 kV gerilimde(95 mm²) 3 damarlı için XL’si 0,103 ohm-bir damarlı için 0,104
Ohm’dur.

2009-11-17_235136

XLPE’nin anlamını hatırlayınız.
3. Kapasitans
Bir kablo iletkenin yükünün potansiyeline oranına iletkenin kapasitesi denir, C ile
gösterilir. Kapasitenin birimi farattır (F). Farat çok büyük bir kapasite birimi olduğu için
uygulamada daha çok farat’ın milyonda biri olan mikrofarat (µf) kullanılır. Yalıtkan ile
birbirinden ayrılmış karşılıklı iki iletken kondansatör özelliği gösterir.
Kablo iletkenleri kendi aralarında olduğu gibi toprak zeminle de kondansatör özelliği
gösterir. Yüksek gerilim enerji nakil hatlarına uygulanan alternatif gerilimin değişken
özelliğinden dolayı elektrik yükünün miktarı da değişir. Elektrik yükündeki bu değişme bir
elektrik akımı oluşturur. Elektrik yükündeki bu değişme sebebi ile meydana gelen bu elektrik
akımına şarj akımı denir.Bu şarj akımı hattın geriliminin düşmesini,güç kat sayısını,verimini
ve iletim stabilitesinin değişmesinde etkili olur. Kapasite(C) ile gösterilir ;
r d C
. log
0242 , 0
=
(µF/Km) formülü ile hesaplanır.(3 fazlı eşit aralıklı Enerji Nakil
Hattı -ENH’nın 1km’si için)
r d C
. log
0121 , 0
=
(µF/Km) formülü ise 1 fazlı sistemler içindir.
XC=1/2.π.f.C (Ohm) formülü kapasitif reaktans hesaplanması içindir.
XC=Kapasitif reaktans
ÖRNEK: Aralarında 100 cm açıklık bulunan dolu iletkenlerden oluşmuş üç
fazlı bir sistemin iletkenleri eşkenar üçgenin köşelerini oluşturacak şekilde yerleştirilmiştir.
İletken çapı 20 mm’dir. Bu sistemin km’sinin endüktansını ve kapasitesini hesaplayınız.
4 – 10 ) 5 , 0 . log . 6 , 4 ( x L
r
d
+ = 4 – 10 ) 5 , 0 . log . 6 , 4 ( 1
100
x L + = = 0,00097 mH/Km (Endüktansı)
r d C
. log
0242 , 0
=
1 100 . log
0242 , 0
= C = 0,0242/2 =0,0121 µF/Km (Kapasitansı)
Yer altı kablolarının iletken damarları (fazları) arasındaki aralıklar (d) daha küçük
olduğundan bu kablolardaki kapasite hava hatlarına göre daha büyüktür.
Kapasite 66 kV’luk gerilimden yüksek olan enerji iletim hatlarında dikkate alınır.
Daha düşük gerilimlerde kapasite değeri dikkate alınmaz.

YE3SV 1×35ş/16 mm² 20,3/35 kV kablonun 1 km’sinin çalışma kapasitesi
(yaklaşık) 0,116 µf’tır (Kablo kataloğundan).
Elektrik enerjisi dağıtım ve iletim tesislerinin proje çizimi, hesaplamaları ve
yapımında hat sabitelerinin önemi büyüktür. Eğer enerji nakil ve dağıtım hatlarının
empedansını hesaplamak için, kapasitans dikkate alınmadığında; empedans Z=√R²+XL² ile
bulunur. Burada Z=Empedans (Ohm) cinsindendir.
Enerji nakil hatlarında hat sonu geriliminin sabit tutulabilmesi için yüke paralel bağlı
senkron makineler kullanılır. Hatların başındaki senkron generatörler(aşırı ikazlı senkron
makineler) gereken kapasitif reaktif gücü verebilecek kapasitede iseler hatlara kapasitör
konulmasına gerek duyulmaz.Hatlardan çekilen yükler, çoğunlukla endüktif yüktür. Yani
akım gerilime göre geri fazdadır. Bu durum hat başı gerilimi ile hat sonu gerilimi arasında
farklar meydana gelmesine sebep olur.
Gerilim farklılığını önlemek için çoğunlukla hatlara şönt kapasitörler konulur. Hatların
endüktansı fazla ise endüktif reaktans(XL) üzerinde meydana gelen gerilim düşümünü
önlemek için ise seri kapasitörler kullanılır.
Seri kapasitörler enerji nakil hatlarının 2/3 mesafesinde uygun bir yere tesis edilir. Seri
kapasitörlerin amacı hattın empedansını azaltmaktır. Devreye seri olarak tesis edilen
kondansatör grupları, negatif bir reaktans sağlayarak enerji nakil hatlarının uzunluk ve kesiti
ile belirlenen hat empedansını düşürür. Bu sayede de daha fazla güç iletimi sağlanır. Seri
kapasitörler enerji nakil hatlarının ortasına (Örnek olarak 380 kV’luk Keban-Gölbaşı ENH
için Kayseri’deki kapasitör tesisi verilebilir) veya enerji nakil hattının trafo merkezlerine
giriş ve çıkışına(Örnek olarak Seydişehir-Erzincan hattının her iki ucuna %22,5’luk
kompanzasyon yapabilecek seri kapasitör tesisi verilebilir)tesis edilir.
Ayrıca şönt kapasitörler de tesis edilmektedir. Şönt kapasitör yardımıyla şebekeden
çekilen reaktif gücün bir kısmı karşılanır. Bu sayede endüktif reaktif akım ve enerji kayıpları
düşülerek gerilim yükseltilmiş olur. Bunun sonucu olarak indirici trafo merkezlerinin ve
enerji nakil hatlarının yüklenebilme kapasiteleri artırılır. Yer altı enerji hatları kullanılarak
sistemin kapasitif değeri artırılabilir.
Alçak veya orta gerilim dağıtım hatlarında sadece
direnç, endüktans dikkate alınır. Yüksek gerilimli
iletim hatlarında ise direnç, endüktans ve
kapasitans gibi sabiteler dikkate alınır. İletken
damarları (Fazları) arasındaki aralıklar daha küçük
olduğundan yeraltı kablolarındaki kapasite, hava
hatlarına göre daha büyüktür. Yeraltı kablolarının
geometrik ortalama mesafe (GMD) hava hatlarına
göre daha küçüktür. Bu sebeple yeraltı kablolarının
endüktif reaktansları (XL) çok küçüktür.

2. Gerilim Değerleri
Kablo ve iletkenlerin anma gerilimleri Uo/U şeklinde belirtilmektedir.
Uo; Faz iletkeni ile toprak veya konsantrik iletkenler, ekran, zırh ya da metal kılıf gibi
topraklama elemanları arasındaki gerilimdir.
U; İki faz iletkeni arasındaki gerilimdir.
Kablo ve iletkenlerin anma gerilimleri uluslararası standart ve norm kurumlarınca;
Uo/U=0,6/1 -1,8/3- 3,6/6 -6/10 -8,7/15 -12/20 -20,3/35 KV ve daha yukarı değerlerde
standartlaştırılmıştır.
Ø Üç fazlı dalgalı akım sistemlerinde Uo gerilimi ile U gerilimi arasındaki oran:
Uo=U/√3
Ø İletkenlerinden hiçbirisi topraklanmamış olan bir fazlı dalgalı akım veya doğru
akım sistemlerinde Uo gerilimi ile U gerilimi arasındaki oran: Uo=U/2
Ø İletkenlerinden bir tanesi topraklanmış olan bir fazlı dalgalı akım veya doğru
akım sistemlerinde ise Uo gerilimi ile U gerilimi arasındaki oran: Uo=U
Kabloların işletme gerilimleri;
Doğru akım(DC) tesislerinde Uo=0,6 kV’a göre imal edilmiş bir kablonun arıza
yapmadan çalışabilmesi için müsaade edilen en yüksek işletme gerilimi: Um=1,8kV’tur.
Bir veya çok fazlı dalgalı akım(AC) tesislerinde ise, belli bir anma gerilimine göre
imal edilmiş kabloların müsaade edilen en yüksek işletme gerilimleri Um için değerler
aşağıdaki Tablo 1.10 da gösterilmiştir, inceleyiniz .

2009-11-17_235257

Tablo 1.10’ u incelediğimizde; 4. satırdaki 6/10 kV’luk kablo için, anma gerilimi
10kV, müsaade edilen en yüksek işletme gerilimi 12kV’tır (üç fazlı dalgalı akım için).
Enerji iletim ve dağıtımı yapılmasında gerilimin büyük önemi vardır. Enerji nakil
gerilimi ne kadar yüksek olursa çekilen akım azalacak ve dolayısıyla enerji nakil iletken
kesiti düşecektir. Böylece iletken kesitinin düşmesi maliyeti azaltacaktır. Bunu bir örnekle
açıklayalım;
ÖRNEK:Gücü 1730 KW, güç katsayısı 1 olan bir merkezin beslemesinin önce 10 KV
ile sonra da 50 kV gerilim ile yapıldığında, besleme hattının direnci 1 ohm olsun. (Hat
uzunluğu 1 km.)
10 kV gerilimle besleme yapıldığı durum;
I=P/√3.U.Cosφ =1730 000/1,73. 10 000.1 =100 Amper
Pk=I².R=100².1=10 Kw (Besleme hattındaki kayıp güç)
50 KV gerilimle besleme yapıldığı durum;
I=P/√3.U. Cosφ =1730 000/1,73.50 000.1=20 Amper
Pk=I².R=20².1=0,4 Kw (Besleme hattındaki kayıp güç)

Sonuç olarak;besleme hat gerilimi 10 kV’tan 50 kV’a çıkartıldığında,hattan çekilen
akım 100 amper’den 20 amper’e düşmüştür.Gerilim 5 kat arttırıldığında,akım 5 kat
düşmüştür.
10 kV besleme geriliminde hatta oluşan güç kaybı 10 kV, 50 kV besleme geriliminde
0,4 Kw güç kaybı oluşmaktadır. Besleme gerilimi 5 kat arttırıldığında güç kaybı 25 kat
azalmıştır.
Gerilimi yükseltmekle hem hattan çekilen akımı böylece hatta oluşan güç kaybı çok
önemli miktarda azaltılabilir. Akımın azaltılması enerji nakil hattı iletken kesitini de
azaltacaktır.

3. Gerilim Düşümü ve Kesit Değerleri
Üç fazlı bir sitemde enerjiyi belli bir uzaklığa iletmek için kullanılan iletkenler gerilim
düşümü ve güç kaybı oluşturur. Kullanılan şebeke çeşidine göre uygun görülen gerilim
düşümü yüzdesinin belirli bir değerin üstünde olmaması gerekir. İletken kesitlerinin izin
verilen gerilim düşümünden daha fazla bir gerilim düşümüne sebep olmaması istenir. Ayrıca
iletken kesiti gereğinden fazla kalınlıkta tespit edilirse ekonomik olmaz. Bu sebeple elektrik
enerjisi iletim ve dağıtım şebekelerinde kullanılan iletkenlerin kesitleri, izin verilen gerilim
düşümü yüzdelerine uygun kalınlıkta hesap edilmelidir.
Elektrik enerjisi iletim ve dağıtımında kullanılan iletkenlerin aşağıda belirtilen gerilim
düşümü değerinden daha fazla olmaması istenir. Bu gerilim düşümü değerleri şunlardır;
Alçak gerilimli dağıtım şebeke ve hatlarında %5’ten daha fazla gerilim düşümüne
müsaade edilmez. Kendi transformatörü bulunan tesislerde, transformatörlerin AG
çıkışından itibaren gerilim düşümü bakımından en kritik durumdaki tüketiciye kadar olan
toplam gerilim düşümü aydınlatma tesislerinde % 6,5 motor yüklerinde % 8’i aşmamalıdır.
Ring olması halinde yüksek gerilim için yukarıdaki açıklamalar aynen geçerlidir.
Orta gerilimli şebeke ve hatlarında % 10’dan daha fazla gerilim düşümü olmamalıdır.
Gerilim düşümü, indirici trafo merkezlerinin sekonderinden itibaren yüksek gerilim
dağıtım şebekelerinde % 7’yi aşmamalıdır. Ancak ring şebekeler için ayrıca arıza hallerinde
ringin tek taraflı beslenmesi durumu için gerilim düşümü tahkikleri yapılmalıdır. Bu
durumda gerilim düşümü % 10’u aşmamalıdır
İletken kesitlerinin normalin üstünde bir gerilim düşümü vermemeleri için uygun
görülen enerji kaybının % değeri ise;
Yakıt olarak fuel-oil veya kömür kullanan termik santrallerde üretilen elektrik
enerjisinin iletilmesinde % 6-7 alınabilir.
Hidroelektrik santrallerde üretilen elektrik enerjisinin iletilmesinde ise %10-12’den
daha fazla olmamalıdır.

Bilindiği gibi enerji nakil hatlarında ve enerji dağıtım şebeke hatlarında üç fazlı
alternatif akım kullanılır. Üç fazlı sistemde hatlar üzerinde düşen gerilim düşümünün
vektörel toplamı ve yüzde değeri hat gerilimi dikkate alınarak hesaplanır.
Kabloların gerilim düşümü hesaplanırken omik dirençten başka endüktif reaktans da
göz önüne alınmalıdır.

Posted in Genel.