Geçici Aşırı Gerilimlerin Topraklanmasında Toprak Ve Topraklayıcıların Davranışının İncelenmesi

Abstract

Elektrik güç sistemlerinde topraklamanın amacı, kısa devreler ve yıldırım boşalmaları gibi arıza koşullarında oluşan akımların gerek canlılar gerekse sistem bakımından tehlikeli olmadan toprağa akmasını sağlamaktır. Bu tezin amacı, çeşitli topraklayıcılar çevresindeki potansiyel dağılımlarını belirlemek için farklı modellerin kurulabileceğini ve bu modeller üzerinde hesaplamaların Sonlu Farklar ve Sonlu Elemanlar Yöntemi kullanılarak yeni bir yaklaşımla daha etkin yapılabileceğini göstermektir. Hesaplarda, değişen topraklayıcı çevresindeki toprak türü ve nemlilik durumları, toprak dielektrik sabitlerindeki farklılıklarla göz önüne alınmıştır. Bunun için bu çalışmada, toprak özdirençleri yerine karşılık gelen toprak dielektrik sabitleri kullanılmış ve topraklayıcı çevresindeki toprağın topraklayıcıdan uzaklıkla ve derinlikle türünün ve neminin değişimi farklı dielektrik sabitli seri ve paralel toprak tabakaları ile modellenmiştir. Tezde, farklı biçim, boyut, gömülme derinliklerine sahip, seri, paralel toprak tabakası içinde bulunan topraklayıcılar için farklı koordinat sistemlerinde potansiyel dağılımı ve adım gerilimi hesapları yapılmıştır. Sonlu farklar yöntemi ile iki ve üç boyutlu potansiyel dağılımı hesapları için MS Excel programında, hücresel denklem çözüm yöntemi olarak adlandırılan yeni bir yöntem geliştirilmiştir. Bu yöntem ile büyük boyutlu denklem sistemlerinin çok kolay ve hızlı bir şekilde oluşturulduğu ve çözüldüğü gösterilmiştir. Söz konusu durumların sonlu elemanlar yöntemi ile analizi için ayrıntılı modeller kurulmuş ve bu modeller FEMM programı ile çözülmüştür. Her iki sayısal yöntemle ve analitik olarak bulunan sonuçlar aralarında karşılaştırılmış, sonuçların uyumu ve yöntemlerin kullanılabilirliği gösterilmiştir.

In the electrical power systems, the aim of grounding is to supply the currents which might be produced by fault conditions such as the short circuits, lightning discharges to the ground through the electrode in order to avoid danger to humans and systems. The aim of this thesis is to show that, different models can be developed to determine potential distribution around different grounding electrodes and the computations on those models can be carried out more effectively by new approach using Finite Difference Method (FDM), Finite Element Method (FEM). In calculations, type and humidity of the soil surrounding the grounding electrode, differences in soil dielectric constants, are considered. Therefore, instead of corresponding soil resistivity, soil dielectric constants are used. In this thesis, potential distributions and step voltages have been computed in different coordinate systems for grounding electrodes which may have different shapes, different buried depths in the serial and parallel soil layers. A new technique called Cellular Equation Solution has been developed in MS Excel program using the FDM for computations of two and three-dimensional potential distribution. It has been shown that, large scaled equation systems can be established and solved easily and in a short time by this method. Detailed studies on the models have been carried out with FEM for analyzing systems those models have been solved by the FEMM packet program. The results obtained using analytical and numerical methods have been compared, it has been shown that the results are compatible and the methods are applicable.