elektrik port üyelik servisleri elektrik port üyelik servisleri

Enerji Nakil Hatlarında Buz ve Rüzgar Yükü Hesabı

Ağır iklim şartlarının bulunduğu bölgelerden geçen iletim hatları üzerinde meydana gelen buz tabakasının etkisiyle iletkenler kopabilir. Enerji nakil hatları tesis edilirken bu durum göz önüne alınmalıdır. Bu yazımızda temel buz ve rüzgar yükü hesaplamalarından bahsedeceğiz.



A- A+
02.12.2014 tarihli yazı 44500 kez okunmuştur.
Elektrik enerjisinin uzak mesafelere iletilmesinde; hava hatlarının planlanması ve projelendirilmesi işi, hattın güvenli olarak işletilmesi için büyük önem taşımaktadır. Bir iletim hattı tasarlanırken öncelikle uygun ölçekli harita üzerinde, hattın yapılacağı en uygun güzergâhın saptanması ve seçilen bu güzergâhın projeci tarafından bizzat arazide yerinde incelenmesi gereklidir. Ancak hattın planlayıcısı; hat güzergahını belirlerken büyük engebelerden, dağ tepelerinden, bataklıklardan, çığ ve sel gelmesi olanaklı yerlerden olabildiğince kaçınmalı, bu hattın uzun yıllar boyu işletileceğini de düşünerek koşullar elverdiği ölçüde yerleşim yerlerine, yollara yakın ova/düzlüklerden geçirmeye çalışmalıdır. Bu incelemede seçilen güzergah uygun bulunup kesin karar verildikten sonra, arazide topoğrafik çalışma yapılarak güzergahın kesiti çıkarılır. Daha sonra bu kesit üzerinde proje çalışması yürütülür.

İletim hatlarının tasarımında; tasarımcı kullanılması gereken direk, iletken, travers ve izolatör gibi gerekli birçok veriyi ve bunların özelliklerini kesine yakın bir şekilde bilmesine rağmen iki önemli veriyi tam ve doğru bir şekilde bilemez. Bunlar hattın geçeceği güzergâhtaki rüzgâr ve buz yükleridir. Buz ve rüzgâr yükleri direklerin, iletkenlerin, traverslerin boyutlandırılmasında çok etkin olup göz ardı edilmeleri olanaklı değildir.



Enerji iletim hava hatları, ülkemiz genelinde farklı iklim şartları altında çalışmaktadır. Bu hatların projelendirilmesi sırasında elektriksel analizlerin yanı sıra, iklim şartlarının neden olduğu ek yüklerin de dikkate alınması gerekmektedir.
 

İletkenlere gelen ek yükler:

1. Buz yükü
2. Rüzgar yükü
3. Buz yükü + rüzgar yükü

olarak hesaplarda göz önüne alınır.

 
 

Buz Nedir?


Donarak katılaşan suya buz denir. Kışın çok soğuk günlerde havuz ve göllerdeki suyun donarak buz haline döndüğü görülür. Saf su, 0°C’de donarak kristal yapılı katı bir madde olan buza dönüşür.
 


Şekil 1: Türkiye Buz Yükü Haritası

 

Buz Yükü (Pb):


Buzun oluşması miktarı ve yapı şekli; yerin deniz seviyesinden yüksekliğine (kotu), değişken hava sıcaklıklarına, rüzgâr ve nem gibi birçok faktöre bağlıdır. Buzlanma, dış görünüş ve özelliklerine göre 4’e ayrılır. Bunlar kırağı, kristal kırağı, don ve kristal buzdur. Hasarla sonuçlanan buz yükü türü Kristal buzdur. Kristal buz, aşırı doymuş büyük su damlacıklarının donması sonucu oluşur. Su berraklığında, saydam olmayan ve kendine özgü bir şekil (amorf) bulunmayan gri renkli buza denir. Bir yüzeye tutunma kuvveti fazla olup, iletkenler üzerinde uzun süre kalabilir. Hava hatları için çok tehlikeli olmasına rağmen, genellikle yeterli koşulların oluşmaması nedeniyle sıkça meydana gelmez. Bu 4 çeşit buzlanmanın dışında kar yükü dediğimiz bir yük daha vardır. Yağmakta olan sulu bir kar, hava sıcaklığının ani değişmesi sonucu iletkenler üzerinde tutunur. Daha sonra tam kar’a dönüşen yağmurla bu tutunan kar tabakası kalınlaşır. İletken üzerinde oluşan bu kar kılıfının yoğunluğu 0.2 kg/m3 oluncaya kadar iletkenlere gelecek yük pek önemli değildir. Ancak iletken üzerinde geniş bir yüzey oluşturan bu kar yükünün yüzeyi nedeniyle ani çıkacak kuvvetli bir rüzgarla iletken kopabilir. Özetle iletkende hasar ve kopma için birden çok etkenin bir araya gelmesi beklenir.

Rüzgar Yükü (Pn):

Yönetmelik, rüzgar yükünün daha çok +5 °C sıcaklıkta en etkin olduğunu kabul etmektedir. Bu yük, en fazla rüzgârın iletkene yatay doğrultuda dik olarak esmesi halinde etkilidir. Şekilde bir iletkene gelen (Wi) rüzgar kuvveti ve iletkenin kendi (Po) ağırlığı gösterilmiştir. Şekilden, iletkenin kendi ağırlığının yere dik rüzgar kuvvetinin ise yere paralel olarak etki ettiği görülmektedir. Şu halde iletkene, bu iki kuvvetin bileşkesi olan (Pn) kuvveti etki etmektedir.


 

Buz ve Rüzgarın Enerji Nakil Hatlarına Etkisi



Kırağı, kristal kırağı, don, kristal buz ve kar yükü gibi türleri olan buz yükünün oluşmasına yol açan etkenler aşağıdaki gibidir.

► Sıcaklık derecesi
► Nem miktarı
► Rüzgarın sıklığı ve yönü
► Deniz seviyesinden yüksekliği 
Direğin yüksekliği 

Ağır iklim şartlarının bulunduğu bölgelerden geçen iletim hatları üzerinde meydana gelen buz tabakasının etkisiyle iletkenIer kopabilir. Enerji nakil hatları tesis edilirken bu durum göz önüne alınmalıdır.

Buzun oluşum sıcaklığı -5
°C olarak kabul edilir.
 
Hava hatları, düşey buz yüklerinin etkisinde kaldığı gibi yatay rüzgar kuvvetlerinin etkisinde de kalır. Bu sebeple hesaplamalarda rüzgar kuvvetleri, iletkenlerin ve izolatörlerin salınımları ile direklerin statik hesaplarında dikkate alınmalıdır.

Elektrik kuvvetli akım tesisleri yönetmeliğinde, 380 kV'un üstündeki hava hatlarının projelendirilmesinde buz yükü üzerine 20 kg/m rüzgar yükünün etki edeceği kabul edilmiştir.

Ülkemiz buz yükü bakımından beş ayrı bölgeye ayrılmıştır. Birinci bölgede buzun oluşmadığı kabul edilmiştir.

 
Tablo 1: Buz Yükü Bölgeleri ve Katsayıları
 

 
Elektrik Kuvvetli Akım Tesisleri yönetmeliğinde enerji hatlarının hangi koşullara göre tesis edileceği aşağıdaki şekilde belirtilmektedir.

1. bölgede bulunup yükseltisi 600 metre den fazla olan yerlerde hatların hesabı 2. bölge şartlarına göre;
2. bölgede bulunup yükseltisi 900 metre den fazla olan yerlerde hatların hesabı 3. bölge şartlarına göre; 
3. bölgede bulunup yükseltisi 1600 metreden fazla olan yerlerde hatların hesabı 4. bölge şartlarına göre yapılacaktır. 
 

►İlginizi Çekebilir: Enerji İletim Hatları




Şekil 2 : Hava Şartlarının Hatlara Etkisi

 
Buz yükü; Pbuz = kformulü ile hesaplanır.

Pbuz= Metre başına oluşan buz ağırlığı
k = Bölgelere göre belirlenmiş katsayı
d = İletken çapı


Örneğin; 3. buz yükü bölgesinde 3/0 AWG iletkeninin buzlu ağırlığını hesaplayınız. (3/0 AWG Pigeon, kesiti: 99,23 mm2, toplam çap: d=12,75 mm)

Tablodan 3. bölge için k=0,3 oldugu görülür.
Buradan:

 
Pbuzkd
0,3
12,75 = 1,0712 kg/m hesaplanır.

P0=0,3429 kg/m olarak tablodan alınırsa:


Pn=P0+Pb=0,3429+1,0712=1,4141 kg/m bulunur. Bu değer yaklaşık olarak iletken ağırlığının 4 katı bir değerdir.
 
 
İletkendeki buz yükü direğe düşey yönde bir kuvvetle etki ederek direğin bası yönünde boyutlandırılmasında dikkat edilmelidir.

Yönetmeliğe göre rüzgar yükünün en etkili olacağı sıcaklık +5 C'dir. Rüzgar yükü direğe yatay yönde tesir eden bir kuvvet uygular. Buda direklerin eğilme bakımından boyutlandırılmasında dikkate alınmalıdır.

Rüzgar ve buz yükünden dolayı ortaya çıkan kuvvetler hat iletkeninin seçilmesinde de etkili bir rol oynarlar. Bu yükler dikkate alınmadan iletken seçimi yapılmaz.


Buz yükü, rüzgar yükünden büyüktür.
 


Şekil 3: İletkene Etki Eden Yatay ve Düşey Kuvvetler

 
Yönetmelik, rüzgar yükünün daha çok +5 C 'de sıcaklıkta etkin olduğunu kabul etmektedir. Bu yük, rüzgarın en fazla yatay doğrultuda dik olarak esmesi halinde etkilidir. Hesapların buna göre yapılması gerekir. Şekil 3'te bir iletkene gelen (w1) rüzgar kuvveti ve iletkenin kendi (p1) ağırlığı gösterilmiştir. Şekilden, iletkenin kendi ağırlığının yere dik rüzgar kuvvetinin ise yere paralel etki ettiği görülmektedir. Şu halde iletkene, bu iki kuvvetin bileşkesi olan (w) kuvveti etki etmektedir. Rüzgar yükü ile buz yükü beraber düşünülmez. 
 


►İlginizi Çekebilir: Hava Hattı İletkenleri ve Özellikleri


 
 
200 metreye kadar olan direk açıklıkları için rüzgar kuvveti;

 
P=c.q.a.10 [kg]ww-3
 

200 metreden büyük açıklıklarda ise rüzgar kuvveti;

 
P=c.q.d.(80+0,6.a).10 [kg]ww-3

 
a=Rüzgar açıklıgı (menzili)w

 
a=(a1+ a2)/2w

 


Şekil 4: Rüzgar Açıklığı


 
d < 12,5 mm için c=1,2
 
12,5 < d < 15,8 mm için c=1,1
 
15,8 < d için c=1
 


 
 
Örneğin;►  1/0 AWG iletkenine gelen ek rüzgar yükünü ve rüzgarlı iletken ağırlığını hesaplayınız.

 
1/0 AWG (Raven): d=10,11 mm oldugundan tablodan c=1,2 olarak seçilir.
 
Po=0,2159 kg/m (tablodan)
 
q=53 kg/m (tablodan)2

 
Orta gerilim►  hatlarının yerden yüksekliği müşterek hatlar hariç, 15-40 m. arasıdır.
 

W= c.q.d.10= (1,2).(53).(10,11).10= 0,643 kg/m-3 -3 
Fırat Üniversitesi Ders NotlarıElektrik Mühendisleri Odası Notları
P= n√(0,2159) + (0,643) = 0,6783 kg/m Yaklaşık olarak iletken ağırlığının 3 katıdır.22.

Kaynaklar:

► 
► 



Serkan Akca Serkan Akca Yazar Hakkında Tüm yazıları Mesaj gönder Yazdır



Aktif etkinlik bulunmamaktadır.
ANKET
Endüstri 4.0 için En Hazır Sektör Hangisidir

Sonuçlar