EM 420 Yüksek Gerilim Tekniği

Transkript

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
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
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
Böl.
3.9 x 10-3
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)
Böl.
4ρ
RAC =
kk k
2 1 2 3
nπ d
19.01.2011
İletken Yapıları
p
7
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
0 0003 0.001
0.0003
0 001 – 0.004
0 004
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
2
conductor
⋅ Rconductor
W/m
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
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 )
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
Tanδx103
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
E
19.01.2011
Kapasiteye
p
y Bağlı
ğ Güçç Kaybı
y
13
y Dielektrikteki Güç kaybı
Wdielectric = E ωC tanδ
2
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
Electriical Stress (k
kV/mm)
yalıtkan malzemeye göre daha fazla olur.
V
Ex =
x ln(R r )
xln
Distance across insulation (mm)
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
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 =
Es
R +X
2
s
2
m
=
IXm
R +X
2
s
2
m
19.01.2011
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)
19.01.2011
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
Böl.
D
−7
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
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
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
19.01.2011
Termal Dirençler & Sıcaklık Artışı
21
Böl.
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
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
Böl.
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 ) ⎦
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
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
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
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
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
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
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
Böl.
Armour
Core Insulation Shield /
Screen
Armour Bedding
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
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
19.01.2011
Gaz Izoleli Hatlar
34
E
Esnek
k SF6 izoleli
i l li 220kV YG Kablosu
K bl
Böl.
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
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
19.01.2011

EM 420 Yüksek Gerilim Tekniği

Transkript

Benzer belgeler

29 MAYIS - İstanbul 29 Mayıs Üniversitesi

Ekonomi - Koç Üniversitesi

The European Group for Blood and Marrow Transplantation The