Gaz izoleli sistemlerin teknik ve ekonomik açıdan incelenmesi


Thesis Type: Postgraduate

Institution Of The Thesis: Marmara University, Vocational School of Technical Sciences, Electronics and Automation, Turkey

Approval Date: 2005

Thesis Language: Turkish

Student: MEHMET SELİM TURAN

Consultant: ADNAN KAKİLLİ

Abstract:

Şehir merkezlerindeki nüfus artışına paralel olarak yerleşim alanları ve endüstri alanları genişlemiş, teknolojik gelişmelerin günlük yaşama yansıması paralelinde, elektrik enerjisinin toplam enerji tüketimindeki payı artmıştır. Büyük şehirlerdeki elektrik enerjisi tüketiminin artması, yüksek gerilim hatlarının ve dağıtım merkezlerinin şehir ve endüstri alanların içinde kalmasına sebep olmuştur. Yükselen elektrik enerjisi tüketimini karşılayacak yeni tesislerin kurulumu için kullanılacak alanlar azalmıştır. Şehirlerdeki arsa maliyetlerinin yüksek olması, yeterli arsa bulunamaması, kirlilik ve atmosferik şartlar gibi faktörler bilim adamlarını yeni çalışmalar yapmaya zorlamıştır. Bunun bir sonucu olarak da diğer sistemlere göre daha küçük alana kurulabilen ve gelişmiş koruma tekniklerine sahip SF6 gaz izoleli sistemleri bulmuşlardır. Bu tezde gaz izoleli sistemlerin teknik ve ekonomik açıdan incelenmesi ele alınmıştır. Ayrıca yüksek gerilimde kullanılan izolasyon maddeleri üzerinde durulmuştur. SF6 gazı ile diğer izolasyon maddeleri karşılaştırılmıştır. SF6 gazı izolasyon, ısıl özelliği ve ark söndürme niteliği birleştirildiğinde elektriksel performans yönünden ideal bir gaz olduğu görülmüştür. Kimyasal açıdan zehirli ve yanıcı olmadığı bilinmektedir. Elektrik enerji iletim ve dağıtım hatlarında indirici ve yükseltici görevinde kullanılan yağ ile Sf6 gaz izoleli güç transformatörlerin yapıları incelenmiştir. Sf6 gaz izoleli güç transformatörlerin yanıcı, patlayıcı özelliği yoktur. Bu nedenle illerdeki yıllarda yağlı transformatörler yerine SF6 gazlı transformatör tercih edilebilir. Elektrik enerji iletim ve dağıtım hatlarında indirme, yükseltme, ölçme, koruma vs. görevini gören gaz izoleli trafo merkezlerin yapısı da incelenmiştir. Bu tesislerde akım taşıyan iletkenler ile metal mahfaza arasında izolasyonu basınçlı SF6 gazı sağlamaktadır. Hava izoleli trafo merkezlerine göre SF6 GIS’ler %70 daha az alana ihtiyaç duymaktadırlar. Mobil gaz izoleli trafo merkezinin yapısı ve Şanlıurfa ilinin Viranşehir ilçesinde kurulu olan Mobil GIS tesisi de incelenmiştir. Arazi tahsisi durumlarda yaşanan gecikmelerde, sabit kurulacak tesisin kurulma süresi boyunca ihtiyacı karşılamak amacıyla kullanılabilirliği irdelenmiştir. Gaz izoleli trafo merkezlerinin Türkiye’deki uygulamalarından İstanbul Selimiye 154 kV GIS trafo merkezi incelenmiş ve değerlendirmeler yapılmıştır. Bu çalışmada, elektrik enerjisi iletiminde kullanılan gaz izoleli sistemler araştırılmış, geleneksel tesisler ile karşılaştırılmıştır. GIS’lerin teknik ve güvenlik bakımından üstün, ekonomik olarak pahalı; arazinin maliyeti ve arıza esnasındaki kayıplarda dikkate alındığında, ekonomik olduğu gözlenmiştir. GIS ebat olarak küçük olduğundan büyük şehirlerde çözüm olarak bina altlarına kurulabileceği daha yüksek gerilimlerde iletim yapabilme olanağı sağladığı görülmüştür. Türkiye’nin bu teknolojisi uygulamadaki konumu değerlendirilerek 154 kV trafo merkezi uygulamaları sayısal olarak çeşitli kriterlere göre incelenmiştir. ABSTRACT TECHNICAL AND ECONOMICAL EXAMINATION OF THE GAS INSULATED SYSTEMS In parallel to the population increase in city centers, the residential areas and industrial areas have also expanded, and along with reflections of the technological developments, the share of electrical energy on the total energy consumption has augmented as well. Increase in the consumption of electrical energy in metropolitan areas has lead to inclusion of the high powered transmission lines and the substations within the city and the industrial areas. And consequently, the quantity of space to be used for establishment of new facilities which will cover the increased electrical energy consumption, decreased. Factors such as high cost of land and lack of sufficient quantity of vacant lands within cities, the pollution and atmospheric conditions have forced scientists to delve into new studies. As a result of such studies, they have invented SF6 gas insulated systems which can be established on smaller space and have advanced preservation techniques compared to the other similar systems. In this thesis the technical and economical aspects of the gas insulated systems are examined. We have also emphasized the insulation materials used in high voltage systems. The SF6 gas and the other insulation materials were compared. It was observed that the SF6 gas was an ideal gas with respect to electrical performance when its thermal characteristics and arc extinguishing quality are combined. It is known to be chemically non-toxic and inflammable. Structures of the oil, which is used as reducer and elevator in electrical energy transmission and distribution lines, and the SF6 gas insulated power transformers, were examined. The SF6 gas insulated power transformers do not have flammable or explosive characteristics. In the future, therefore, the SF6 gas insulated power transformers may be preferred instead of oil transformers. The structure of the gas insulated substations that perform reduction, elevation, gauging, preserving etc. functions was also studied. Insulation between the conductors which carries the electric current and the metal housing is provided by the pressurized SF6 gas. Compared to air insulated substations, SF6 GIS (Gas Insulated Station) needs 70% less space. Structure of mobile gas insulated substation and the Mobile GIS facility which is in Viranşehir district in the province of Şanlıurfa were examined. Its usability in covering the need during the installation of the fixed facility was studied when there are delays in land allocations. The 154 kV GIS substation, which is one of the applications of gas insulated substations in Turkey, was studied and evaluations were performed In this study, the gas insulated systems used in transmission of electric energy were studied, and compared with the traditional facilities. It was observed that GIS’s are superior with respect to technical safety aspects and economically more expensive; but are actually cost effective when considering the cost of land and the losses during malfunctions. Since GIS has a small size, it was observed that it can be installed as a solution in ground floors of the buildings in urban dwellings, and that it allows transmission with higher voltage. Position of Turkey in implementation of this technology was evaluated and the 154 kV substation applications were examined numerically based on various criteria.