YÜKSEK GERİLİM KABLOLARI - ÖmerPala · 2011. 4. 27. · yYatay gruplanan kablolar için ⎞ ⎜ 7 ⎛2s ⎝ ⎠ = ⋅ − d D S Xm 2ω10 ln • Üçlü demet yapılan kablolar

EM 420Yüksek Gerilim TekniğiYüksek Gerilim Tekniği

YÜKSEK GERİLİM KABLOLARI

Y R D . D O Ç . D R .Y R D . D O Ç . D R .

C A B B A R V E Y S E L B A Y S A L

E L E K T R I K & E L E K T R O N I K Y Ü K . M Ü H .

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 KABLOLARIYÜKSEK GERİLİM KABLOLARI2

Dezavantajları Avantajları

Özellikle ÇYG seviyelerinde havaihatlara göre ilk yatırım maliyetibüyüktür

Montaj haricinde görsel olarak dış ortamda bulunmazlarbüyüktür. ş

Yıldırım ve rüzgar gibi dışKablodaki arzıayı bulma ve onarma süresi havai hatlardakine nispeten dahaçok zaman alır

Yıldırım ve rüzgar gibi dış etkenlerden etkilenmedikleri için göreceli olarak daha açok zaman alır güvenlidirler.

Yerleşik ve kalabalık bölgelerde montaj zorluğu vardır.

Havai hatlara göre daha emniyetlidir.Vandalizmdenkorunmuşlardır.korunmuşlardır.

19.01.2011Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl.

Güç Kablosu Bileşenleriç ş

3


Kablonun DC Direnci

4

İletken direnci aşağıdaki noktalarda etkili olduğu için önemlidir:

Kablonun ısınması (enerji kaybı)

Kablo boyunca reaktansla birlikte gerilim düşümü

İletkenin birim boyunun DC direnci:

R 20ρΩm-1

AR20 = Ωm1

İletkenin direncinin sıcaklıkla değşimi de dikkate l l dalınmalıdır:

[ ])20(1 2020 −+= tRRt α Ωm-1[ ])(2020t α19.01.2011Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Böl.

Özdirenç TablosuÖzdirenç Tablosu5

Malzeme Özdirenç / Ωm Sıcaklık Katsayısı / K@ 20°C

Bakır 1.72 x 10-8 3.9 x 10-3

Aluminyum 2.83 x 10-8 4.0 x 10-3

Kurşun 21 4 x 10-8 4 0 x 10-3Kurşun 21.4 x 10 8 4.0 x 10 3

Çelik 13.8 x 10-8 4.5 x 10-3


AC Direnç Deri & Yakınlık EtkileriAC Direnç – Deri & Yakınlık Etkileri6

Deri Etkisiİletkenin dış yüzeyinde akım yoğunluğu fazla olduğu için yoğunluğu fazla olduğu için, AC direnci deri etkisi olarak görülür ve akımla artıkça artar

4R k k kρartar.

Yakınlık Etkisiİletkenin AC direnci

1 2 32ACR k k kn d

ρπ

=İletkenin AC direnci, yakındaki diğer iletkenlerde oluşan manyetik alan akısı endüklenmelerinden dolayı endüklenmelerinden dolayı artar. (Eşlenik endüktans)


İletken Yapılarıp

7


Yalıtım MalzemeleriYalıtım Malzemeleri8

Kablo İzolasyonu Malzemelerinin Permitivite & DielektrikKayıpları

CPVC XLPE PAPER

Bağıl permitivite 6 8 2 3 2 2 3 8Bağıl permitivite( 50Hz de)

6 - 8 2.3 2.2 – 3.8

T δ 0 08 0 0003 0 001 0 004Tanδ 0.08 0.0003 0.001 – 0.004


İletken Direnci ve Güç Kaybıç y

9

AC ve DC dirençleri önceki başlıklarda AC ve DC dirençleri önceki başlıklarda verilmiştir.

AC sistemlerdeki güç kayıpları hesabında g ç y pmutlaka AC direnç değerleri kullanılmalıdır.resistance valuesresistance values

İletkenin birim uzunluğunca üretilen ısı:

conductorconductorconductor RIW ⋅= 2W/m


İletkenin Endüktansı

10

Tek damarlı 3 kablo yada 3 damarlı kabloların dük l h l k i bl d endüktanslarını hesaplamak yerine tablodan

faydalanmak daha kullanışlıdır.

Endüktans 2 kısımdan oluşurAkım taşıyan iletkenin öz öndüktansı

İletkenle kılıf arasındaki eşlenik endüktans

Tek damarlı bir kablo için:RR

r

H/m

K = 0.05 for circular conductors


İletkenle Zırh Arasındaki Kapasitep

11

Kemerli kablolarda hesaplamak zordur.Kablodan ilk anda bir şarj akımı geçmesine neden olur bu da kablonun akım taşıma kapasitesi ile maksimum boyunu etkiler Yani şark akımı akım taşıma kapasitesi ile maksimum boyunu etkiler. Yani şark akımı, toplam kablo boyunca oluşan kapasitörün alacağı yüke eşittir ve bu değerin max akım taşıma kapasitesinden küçük olması gerekir. Kesit belirli iken boy buna göre sınırlanırbelirli iken, boy buna göre sınırlanır.Kapasite esas olarak yük yokken ortaya çıkan kayıpları tayin eder. (I2R vedielektrik kayıpları)Ekranlı ve tek damar kablolar için co-axial hesaplama kullanılır. Diğer tipler için tablo kullanmak daha pratiktir

2C ro επε=

)ln( rRC =


KapasiteKapasite

İdeal kapasitör yoktur hepsi sızdırır12

İdeal kapasitör yoktur, hepsi sızdırır.

Kapasitörün üzerinden akım geçerken, , az bir miktarda dielektrik kaybı oluşur.y ş

I

Malzeme Tanδ x103 εr

Yağ Doyurulmuş 2 3 7 10

δ

Yağ Doyurulmuş Kağıt

2 – 3 7 – 10

Polyethylene 0.2 – 0.4 0.4 – 0.9

CEI ω= XLPE 0.3 – 0.5 0.7 – 1.2

δω tanCEIR = Etilen Propilen Lastik (EPR)

1.8 – 3 4.7 – 8.1

Θ E

Θ≈90° Polypropilen / Kağıt Lamine (PPL)

0.5 – 0.6 1.3 – 1.6


Kapasiteye Bağlı Güç Kaybıp y ğ ç y

13

Dielektrikteki Güç kaybı

δω tan2 CEWdielectric =


Elektrik Alanı Dağılımığ

14

İletkendeki elektrik alan şiddeti ,dış izolasyondaki şiddete göre daha büyüktür.

Elektrik alan şiddeti kısmi bozukluk olan bölgelerde ve boşluklarda yalıtkan malzemeye göre daha fazla olur.

R

kV/m

m)

r

ical

Stre

ss (k

( )rRxVEx ln

=x

δx

Ele

ctri

Distance across insulation (mm)

( )rRxlnδx


Mazlemelerin Elektrik Alanı Özellikleri

15

l li l Ç l l Malzeme Delinme Alan Şiddeti (kV/cm)

Çalışma Alan Şiddeti (kV/cm)

XLPE 300-500 50

EPR ≈400 40

Yağ & Kağıt 400 700 50Yağ & Kağıt 400-700 50

PVC ≈300 18PVC ≈300 18

Hava 24-31.5 1


Endüklenen Kılıf Voltajı ve Kılıftaki Güç Kaybıj ç y

16

Kılıf bağlama yöntemine göre değişirKılıf bağlama yöntemine göre değişirKılıfta endüklenen voltaj:

mS IXE = V/m

fMX π2= Ω/m & ⎞⎜⎛= SM 2ln20 µH/mfMXm π2= Ω/m & ⎠

⎜⎝

=md

SM 2ln2.0 µH/m

IXE2222

mss

XR

IX

XR

EI+

=+

=msms XRXR ++


Endüklenen Kılıf Voltajı ve Kılıftaki Güç Kaybı

17

j ç y

Sh th l d ti f d t l

211

= SRλ

• Sheath losses expressed as a ratio of conductor losses

21

1⎞

⎜⎜⎛

+ sRRλ

1⎠

⎜⎜⎝

+mX ⎠⎝ m

Zırhta oluşan kayıplarda benzeridir. (λ2)


Endüklenen Kılıf Voltajı ve Kılıftaki Güç Kaybı

18

j ç y

Yatay gruplanan kablolar için

⎞⎜⎛ s27

⎠⎞

⎜⎝⎛⋅= −

dsXm

2ln102 7ωSD

• Üçlü demet yapılan kablolar için

⎞⎜⎛− sX 37 22ln102ω

S D ⎠⎜⎝

⋅=d

Xm 22ln102ω


Termal Karakteristikler ve Isı Kaynaklarıy

19

Elektriksel karakteristikler üretilen ısı kaybı miktarını b li l

ISI KAYNAKLARI

İletken kayıpları (I2R)

Di l k ik k l ( f E C δ)belirler.

Termal karakteristikler ise sıcaklık artışlarını tayin eder

Dielektrik kayıpları (2πf E2 C tanδ)

Kılıf kayıpları (λ1)

Z h k l (λ )sıcaklık artışlarını tayin eder.

Termal direnç ve özdirenç elektriksel direnç ve özdirence

Zırh kayıpları (λ2)

çbenzeşir.

lTρWT ⋅=∆Θ A

lT Tρ=

A


Termal Dirençlerç

20

Termal

Direnç

Tanımı

T1 Birim boyda iletkenle iç kılıf

arası termal direnç

T Bi i b d i k l fl hT2 Birim boyda iç kılıfla zırh 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


Termal Dirençler & Sıcaklık ArtışıTermal Dirençler & Sıcaklık Artışı21


Termal Dirençlerç

22

Tipik tek damarlı bir kablonun termal direnci

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+= T

dtT 1

121ln

2ρ

⎥⎦

⎢⎣ cd2π

ρT = malzemenin termal direncit1 = malzeme kalınlığıdc = kaynağın çapıc y ğ ç p


Termal DirençlerTermal Dirençler23

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

Toprak (Az rutubetli) 1.2p ( )

Toprak (Çok rutubetli) 0.9

Toprak(Çok kuru) 3.0p (Ç )


Kablo Sıcaklık Artışı / Akım Kapasitesiş / p

24

[ ] [ ] )()1()1()50( 222 TTWRITWRITWRI∆Θ λλλ[ ] [ ] )()1()1()5.0( 43212

212

12 TTnWRInTWRITWRI ddd +++++++++=∆Θ λλλ

[ ] ⎤⎡ ∆Θ )(50 TTTTW [ ]⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡++++++

+++−∆Θ=

))(1()1()(5.0 4321

TTnRTnRRTTTTnTWI d

λλλ ⎦⎣ ++++++ ))(1()1( 4321211 TTnRTnRRT λλλ


Kable Toprak İletkeni Bağlamap ğ

25

• How not to do i!

Red Core Earth

Red Core PhaseBlue Core Earth

Blue Core Phase

Yellow Core Earth

Yellow Core Phase

Mutual Earth

Earth Bond

Cable Joint


Kablo Toprak İletkeni BondingKablo Toprak İletkeni Bonding26

Red Core Earth

R d C Ph

Çapraz BağlamaRed Core PhaseBlue Core Earth

Blue Core Phase

Yellow Core Earth• Toprak Çapraz Bağlama

Yellow Core Phase

Mutual Earth

Earth Bond

C bl J i tCable Joint

• Faz Çapraz BağlamaRed Core Earth

Red Core PhaseBlue Core Earth

Blue Core Phase

Yellow Core Earth

Yellow Core PhaseYellow Core Phase

Mutual Earth

Earth Bond

Cable Joint


Kağıt İzoleli Kablolarğ

27

Yağ veya reçine doyurulmuş kağıt güç Yağ veya reçine doyurulmuş kağıt güç kablolarının çoğunda kullanılmaktadır.

Kağıt eski ve giderek kaybolan bir teknoloji ğ g y jolmasına rağmen hala her gerilim seviyesinde kullanılmaktadır.

Kağıt daha çok iletim kablolarında kullanılmaktadır.

K ğ k bl ü i d ki i l h li Kağıt kablo üzerindeki izolasyon helix şeklinde bantlar olduğu için birbiri üzerini örter örter.


Polimer Güç KablolarıPolimer Güç Kabloları28

Polimer kablolar ilk olarak AG seviyelerinde kullanılmıştır Daha sonra PVC ve EPR en kullanılmıştır. Daha sonra PVC ve EPR en son XLPE ile OG /YG kademelerinde yaygınlaşmıştırXLPE düşük kayıpları ve düşük ısıl direnci yüzünden PE ve EPR yi saf dışı bırakmıştır. XLPE çoğunlukla dağıtım şebekelerinde XLPE çoğunlukla dağıtım şebekelerinde kullanılmakla beraber iletim şebekelerinde de yaygınlaşmaktadır (154 kV 220 kV gibi). EPR halen kimyasal dayanıklık ve kablo esnekliği gerektiren sahalarda kullanılmaktadır kullanılmaktadır.


İletken/Yalıtkan Kılıflar/

29

Also referred to as screens or semicon layersy

Sharp / non-uniform edges around the outside of the d d f h l l fconductor/outside of the insulation result in regions of

elevated electric field

Voids between the conductor/insulation and the insulation/sheath must be avoided/

A semiconducting conductor shield is used to prevent h f h ithese from happening


Zırh

30

To provide extra mechanical tensile strength, wire or metal tape armour can be placed around the sheathp p

Armour can be used to increase fault level current Armour can be used to increase fault level current rating of the cable

Separated from sheath by bedding so must be bonded to itSeparated from sheath by bedding so must be bonded to it

Commonly used materials include steel tape steel Commonly used materials include steel tape, steel wire and aluminium wire

Steel should not be used on single core cablesSteel should not be used on single core cables


Ekranlı ve Kemerli 3 Damarlı KablolarEkranlı ve Kemerli 3 Damarlı Kablolar

Lead / Corrugated Aluminium31

Lead / Corrugated Aluminium Sheath

Belt InsulationFiller

Oversheath

KemerliKablo

Conductor Shield / Screen Core Insulation

Bitumen

OversheathElectrical Flux in a Belted Cable

Belt Shield / Screen

Core InsulationArmour

Armour Bedding

Lead / Corrugated Aluminium gSheathFiller

Bitumen

Oversheath

Core Inner Semicon Screen

Core Insulation

ArmourEkranlı KabloCore Insulation Shield / ScreenArmour Bedding

Ekranlı Kablo19.01.2011Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh.

Böl.

Kağıt İzoleli Orta Gerilim KablolarıKağıt İzoleli Orta Gerilim Kabloları32

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 oversheathwith a PVC oversheath


Orta Gerilim Polimer KablolarOrta Gerilim Polimer Kablolar33

Pirelli 33kV Single Core Cable

1. Stranded or solid Al / Cu d tconductor

2. Extruded inner conductor hi ldshield

3 Extruded XLPE insulation 4 Extruded outer insulation4 Extruded outer insulation

sheild5 Copper wire screen5 Copper wire screen6 Bindings7 MDPE sheath7 MDPE sheath


Gaz Izoleli HatlarGaz Izoleli Hatlar34

E k SF i l li 220kV YG K blEsnek SF6 izoleli 220kV YG Kablosu19.01.2011Yrd.Doç.Dr. C.V.Baysal EM420 Yüksek Gerilim Tekniği , Erciyes Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh.

Böl.

Some advantages/disadvantages of GIL35

Some advantages/disadvantages of GIL

Ad t Di d tAdvantages Disadvantages• Large cross-section possible allow

high transmission powers • Larger external diameter • Only rigid pipes possible so on-site

• Large diameter means good heat dissipation

• High overload capacity

Only rigid pipes possible so on site construction required

• On-site construction means high risks of impurities in gas system• High overload capacity

• Not easily flammable • Minimal dielectric losses

risks of impurities in gas system• Compensation required for axial

thermal expansion of pipes

• Low current dependant losses • Low operational capacitance, low

charging power and no reactive

• Bend components in system expensive is path not straight

• SF6 is not environmentally friendlycharging power and no reactive power comensation required

• Easy transition to SF6 switchgear

SF6 is not environmentally friendly• Gas needs monitoring • Costs are higher


Documents

YÜKSEK GERİLİM KABLOLARI - ÖmerPala · 2011. 4. 27. · yYatay gruplanan kablolar için ⎞ ⎜ 7 ⎛2s ⎝ ⎠ = ⋅ − d D S Xm 2ω10 ln • Üçlü demet yapılan kablolar