Enerji iletim sistemlerinde açma-kapama olaylarını analizleri için hat parametrelerinin EMTP yardımıyla hesabı

Abstract

Enerji iletim sistemlerinde birçok problemin analiz edilebilmesi için iletim hatlarına ait parametre değerlerinin tam olarak tespit edilmesi gereklidir. Fakat sistemde toprak dönüşlü kısımların bulunmasından dolayı hat parametreleri frekansa oldukça bağlıdır ve meydana gelen matematiksel ifadelerin çözümleri oldukça karmaşık bir hal almaktadır. Bu çalışmada özellikle geçici olayların analizlerinde büyük önem taşıyan bu parametre hesapları için geliştirilen teoriler incelenmiş, hat yapısı ve geometrisinin parametreler üzerindeki etkileri seçilen bir örnek hat için araştırılmıştır. Bu amaçla l.T.Ü. bünyesinde bulunan Elektromagnetic Transients Program (EMTP)'den yararlanılmıştır. Geçici olay analizlerinde hat parametrelerinin doğru hesaplanmaları kadar önemli olan diğer bir konu da uygun hat modellerinin seçimidir. Bugün için bilgisayarların olmadığı dönemlerden kalan, Transient Şebeke Analizörleri (TNA) ile yapılan sabit parametreli çözümler geçici olaylar için son derece yetersiz kalmaktadır. Günümüzde elektrik şebekelerinin büyüklüğü nedeni ile bu tip analizörlerin kullanımları pratik olarak imkansız hale gelmiştir. Bilgisayar teknolojisindeki hızlı gelişme sayesinde bugün için en karmaşık şebeke yapılarında bile bu tür geçici olay analizleri rahatlıkla yapılabilmektedir. Tezde bilgisayarlar için geliştirilen çeşitli hat modellerinin sürekli ve geçici hal frekans cevapları, örnek bir şebeke üzerinde EMTP yardımıyle incelenerek elde edilen sonuçlar grafik halinde verilmiştir. Elde edilen bu sonuçlardan modeller arasında meydana gelen farkların, özellikle geçici olay analizleri esnasında meydana geldiği ve bunun sebebinin geçici olay sırasında meydana gelen yüksek frekanslı bileşenlerin model tarafından söndürülebilmesiyle ilgili olduğu şeklinde ifade edilmektedir. Bu bakımdan analizler sonucu dağılmış parametreli ve frekansa bağlı hat modellerinin geçici olaylarda daha doğru sonuçlar verdiği anlaşılmaktadır. Ayrıca sıfır bileşen empedansının önemli olmadığı geçici olay analizleri için, frekans bağımlı hat modelleri gibi çok hassas modellerin kullanılmasının, bu tür modellerin bellek gereksinimindeki ve hesap zamanındaki artışlar yüzünden, gereksiz olduğu sonucuna varılmıştır.

A knowledge of parameters of multi conductor transmission lines is necessary in analysing a number of problems in power-transmission systems. The parameters may be generally divided into two groups, namely those as powei frequency, which are required in to study load flow, system stability and fault levels and those at higher frequencies, which are neded for studying the effects of restriking voltages, switching over voltages, radio interference and the propagation characteristics of power-line carrier signals. Calculating of these parameters with simplified formulas are enough for short circuit and load flow studies, but for the flowing types of applications, estimation of line parameters in detailed is needed: - Steady-state problem at power frequency with complicated coupling effects. An example is calculation of included voltages and currents in a de-energized three-phase line. - Steady-state problems at higher frequencies. Examples are analysis of harmonics, or the analysis of power line carrier communication, on untransposed lines. - Transients' problems. Typical examples are switching and lightning surge studies. The parameters R, L, C of overhead transmission lines are distributed along the line, and can, in general, not be treated as lumped elements. Some of them are also functions of frequency. For this reason, giving mathematical expressions for line parameters is a bit difficult. In 1926, Carson solved the equation for the self and mutual impedance's of a conductor in the presence of a semi-infinite homogeneous earth. In his solution for magnetic field, results were expressed in terms of convergent infinite series. Carson's formula, which is the basis of solution methods for line parameters, is normally accurate enough for power system studies for homogeneous earth. This formula is based on flowing simplified assumptions: - Conductors are perfectly horizontal above ground, and are long enough so that three-dimensional effects can be neglected. The sag is taken in to account indirectly by using an average height above ground. XII - The aerial space is homogeneous without loss, with permeability \Xq and permittivity s0. - The earth is homogeneous with uniform resistivity p, permeability Hq and permittivity s0, and is bounded by a flat plane with infinite extent, to which the conductors are parallel. The earth behaves as a conductor, 1/p»