Yüksek gerilim yer altı kabloları

Tüm dünya ile birlikte ülkemizde de enerjiye olan talebin artması dolayısıyla, enerji iletimininin en az kayıp, en az arıza, yüksek verim, ekonomik ve güvenli biçimde aktarılması gerekliliği ortaya çıkmaktadır. Özelikle nüfusun yoğun olduğu şehirleşmiş bölgelerde, yüksek gerilim yer altı kabloları, havai hat iletim hatlarına göre, avantajları sayesinde, giderek önem kazanmaktadır. Yüksek gerilim yer altı kabloları gelişmiş ülkelerde, yüksek oranda tercih edilirken, ülkemizde bu oran oldukça azdır. Bu yazının amacı, XLPE izoleli yüksek gerilim yer altı kablolarının performansını, kalitesini belirleyen ve etkileyen • tasarım • malzeme • elektriksel testler • elektriksel olmayan testler • mevcut uluslararası standartlar konularında okuyucuları genel olarak bilgilendirmektir.

1. IEC’DE GERİLİM SEVİYESİNE GÖRE ENERJİ KABLO VE TEST STANDARTLARI

Standart                            Kapsam

• IEC 62067      >150-500 kV arası (Extra Yüksek G-EHV)
• IEC 60840      > 30-150 kV arası (Yüksek G- HV)
• IEC 60502-2   > 6-30 kV arası (Orta G-MV)
• IEC 60502-1   > 1-3 kV arası (Alçak G- LV)

Şekil 1. IEC’de gerilim seviyesine göre enerji kablo ve test standartları

Şekil 2. Yüksek gerilim yer altı kablo yapısı

1. İletken  

• Akım taşıma elemanı.
• AC/DC direncinin düşük olması için genelikle segmentlerden oluşmaktadır.(daha düşük  skin (k_s) ve proximity (k_p) katsayısı)

2. Yarı İletken Yataklama Bandı

• Üzerine püskürtülmüş iç yarı iletken tabakanın iletken  tellerin arasına girmesini önler.
• Montaj kolaylığı sağlar.

3. Yarı İletken Ekran

• İletken ile izolasyon ara yüzeyini düzgünleştirir.
• İletken ile izole arasında boşluk ve açıklık kalmasını  engelleyerek, kismi boşalmaları önler.
• İzolasyondaki  radyal elektriksel alanı sınırlandırır ve homojen dağılımını sağlar.
• Termal bariyer oluşturur.

4. İzolasyon

• İletkeni dış katmanlardan elektriksel olarak izole eder.

5. Yarı İletken Ekran

• İzolasyon ile dış metalik katmanların ara yüzeyini  düzgünleştirir.

6. Metalik Ekran/Kılıf

• Deşarj akımlarının iletimi,
• Radyal nem ve su bariyeri oluşturur,
• İletken hata akımlarının iletilmesi,
• Mekanik koruma,
• Ekranlama.

7. Kılıf

• Metalik ekranı korozyon gibi dış etkilerden korur.
• Kablo döşenmesi ve çekilmesi sırasında mekanik koruma sağlar.

4.YG XLPE KABLO TASARIMI

Şekil 3. YG XLPE Kablo Tasarımı

1.       Bakır Miliken-Segment iletken (Tipik olarak su sızdırmaz.)

2.      a) Extrude edilmiş  iç yarı iletken polimer tabaka

                               b) XLPE  izolasyon (Çapraz bağlanma prosesi)

                               c) Extrude edilmiş dış yarı iletken polimer tabaka

Triple-tandem prosesi:

3 katmanın (a,b,c) aynı anda extrude edilmesiyle YG stres

noktaları oluşumuna neden olabilecek, katmanlar arasındaki

çıkıntı ve düzensizlikler önlenir.

3.      Su ile temas ettiğinde, şişerek, suyun boylamasına ilerlemesini engelleyen yarı iletken bantlar.

           4.      Aluminyum metalik kılıf, ekran.

           5.      Extrude edilmiş HDPE dış kılıf.

5.TESTLER

Elektriksel Olmayan Testler:

TESTLER	AMAÇ
Mekanik özelliklerin kontrolü	İzole ve kılıf  malzemelerinin  Çekme sağlamlığı-Uzama testleri ile mekaniksel dayanımlarının kontrolü
Yaşlandırma sonrası  mekanik özelliklerin kontrolü	Malzemelerin ısı ile yaşlandırılarak  öncesi ve sonrasında değişim  oranlarının belirlenmesi
Isı şoku testi (PVC)	Malzemenin ısıya maruz kalması durumundaki fiziksel deformasyon
Hot-set testi  (EPR,HEPR,XLPE )	Malzeme çapraz bağlanma (cross-link) prosesin kontrolü
Kütle kaybı testi (PVC)	Malzemenin ısı altında kütle kaybı
Karbon siyahı testi (PE)	Malzeme içindeki, dış ortam şartlarına dayanıklılığı sağlayan karbon miktarı kontrolü
Düşük sıcaklıkta mekanik testler (PVC)	Kablo ve malzemenin düşük sıcaklığa mekaniksel dayanımı
Büzüşme testi(PE,HDPE,XLPE)	Malzemenin ısı altında büzüşmesi
Sertlik testi (HEPR)	Malzemenin sertliğinin kontrolü
Elastik modül testi(HDPE)	Malzemenin elastikiyetinin kontrolü
Malzeme yoğunluk testi	Malzeme yoğunluğunun kontrolü
Alev ilerleme testi	Alev altında kablo boyunca alevin ilerlememesinin kontrolü
Su sızdırmazlık testi	Kablo boyunca iletken ve metal ekran bölgelerinde suyun ilerlememesinin kontrolü
Boylamasına uygulanan metal folyenin uygunluk testi	Metal folyenin kılıfa yapışmasının kontrolü

Tablo 1. Testler ve Amaçları

Örnek Malzeme Testleri:

Silikon Banyosunda Temizlik Testi

• Numuneler fırında 100°C’de 5-6 saat gaz çıkışı için bekletilir.
• Dış yarı iletken tabaka sıyrılır.
• Silikon banyosunda 2-3 saat  125°C’de XLPE  izolasyon saydam oluncaya kadar bekletilir.

   Kuvvetli LCD lamba ile;

• İletken - iç yarı iletken arasındaki düzensizlikler.
• İç yarı iletken tabakanın izolasyona girmesi.
• Boşluk, yabancı cisim kontrolleri yapılır.

Resim 3. Silikon Banyosunda Temizlik Testi

Hot-Set Testi (Sıcakta Uzama Deneyi)

• Kablo numunesi dilimle aparatında yaklaşık 1mm kalınlığında dilimlenir.
• Kaşık şeklinde numune çıkarılır.
• Kaşık şeklinde numunenin kalınlık ve genişliği ölçülür.
• Kalınlık x Genişlik x 20 formülü ile asılacak yük hesaplanır.
• Numunenin ortasına 20 mm (L1) işaretlenir.
• Numune 200°C’de 15 dakika yük altında bekletildikten sonra uzaması (L2) ölçülür.
•  formülüyle hesaplanır.
• Numune fırından çıkarılmadan altındaki yük kesilir ve 5 dakika sonra numunenin kalıcı uzaması ölçülür.

Resim 4. Hot-Set Testi

Elektriksel ve Boyutsal Testler

Standart:IEC 60840

i)Rutin Testler

ii)Özel Testler

iii)Tip Testler

i) Rutin testler:

 (her makaraya uygulanan testlerdir)

1) Kısmi boşalma testi:

Test gerilimi 1,75 Uo’a yükseltilir, 10 s beklendikten sonra 1,5 Uo’a düşürülür. Ölçülen kısmi boşalma 10 pC yi geçmemelidir. Amaç izolasyon, iç ve dış yarı iletkendeki problemleri (elektrik alan çizgilerindeki homojen dağılımı ve dilelektrik dayanımı bozan etkenleri) tespit etmektir.

Şekil 5. Kısmi Boşalma Testi

2) Gerilim testi:

Şebeke frekanslı 2,5 Uo değerinde bir gerilim 30 min boyunca iletken ile metalik ekran arasına uygulanır.

İzolasyonda delinme olmamalıdır.

3) Dış kılıfa uygulanan d.c. gerilim testi:

Metalik ekran ile dış kılıf arasına 25 kV’u geçmemek kaydıyla  dış kılıf kalınlığının mm.si başına 8 kV düşecek şekilde bir d.c. gerilim uygulanır. Dış kılıfta delinme olmamalıdır.

ii) Özel testler:

Her batchden alınan bir numune üzerinde yapılır. Su sızdırmazlık ve metal folye üzerinde uygulanacak testler 20 km.nin üzerindeki siparişler için uygulanır.)

1) İletkenin muayenesi:

IEC 60228’e göre gözle kontrol yapılır.

2) İletkenin ve metalik ekranın elektriksel direncinin ölçülmesi:

Ölçülen değerler standartlarda belirtilen değerleri geçmemelidir.

Şekil 6. İletkenin ve Metalik Ekranın Elektriksel Direncinin Ölçülmesi

3) İzolasyon ve dış kılıf kalınlığının ölçülmesi:

Test edilecek kablonun bir ucundan numune alınır ve profil project yardımıyla ölçüm yapılır. Ölçülen değerler standartlarda belirtilen değerlerin altına düşmemelidir.

4) Metal kılıf kalınlığının ölçülmesi:

4.1 Şerit metodu:

Ölçüm kabloladan alınan yaklaşık 50 mm uzunluğundaki numune üzerinde kenarlardan en 10 mm içeride kalacak şekilde yeterli sayıda ölçüm alınarak yapılır. Doğruluğu ± 0,01 mm olan ve düz çeneli, çene çapı 4 mm ila 8 mm arasında değişen bir mikrometre kullanılmalıdır.

4.2 Ring metodu:

Ring şeklinde alınan numune üzerinde yeterli sayıda ölçüm alınarak yapılmalıdır. Doğruluğu ± 0,01 mm olan ve bir tarafı düz diğer tarafı küresel çeneli olan bir mikrometre kullanılmalıdır.

Ölçüm alınırken minimum kalınlığın tespit edilmiş olmasından emin olunmalıdır. Değerler standartta belirtilen değerlerin altına düşmemelidir.

5) Dış çapların ölçülmesi:

Damar ve kablo dış çapı profil project yardımı ile ölçülür. Değerler standartta belirtilen değerlerin altına düşmemelidir.

6) Hot set test:

7) Kapasitenin ölçülmesi:

Aşağıdaki sistem yardımıyla kablonun kapasitesi ölçülür. Bulunan değer garanti edilen değerin %8’den fazlasını geçmemelidir.

Şekil 7. Kapasitenin Ölçümü

8) Su sızdırmazlık testi:

6 m. uzunluğunda bükme testine tabi tutulmuş numunenin ortasından yaklışık 50 mm. genişliğinde kısım, su sızdırmazlığın garanti edildiği katmanlara kadar çıkarılır.  Tüp su ile doldurulduktan sonra 24 h beklenir. Daha sonra kablo numune iletkeninden akım geçirilmek suretiyle ısıtılır. Isıtma süresi en az 8 h olmalı ve numune maximum iletken sıcaklığının 5°C (XLPE için bu sıcaklık 95°C) üzerinde en az 2 h tutulmalı daha sonra çevre sıcaklığında en az 16 h saatlik doğal soğtmaya tabi tutulmalıdır. Bu döngü 10 kez tekrarlanmalı ve döngülerin bitiminde kablo uçlarından su damlamamalıdır.

Şekil 8. Su Sızdırmazlık Testi

9) Alüminyum folyenin sıyrılma testleri

a)               Görsel kontrol

b)               Folyenin dış kılıfa yapışma kuvveti

c)               Folyenin üst üste binen kısımının birbirine yapışma kuvveti

50 mm/min bir hızla çekme işlemi yapılır. Yapışma kuvveti uygulanan kuvvetin test numunesinin genişliğine bölünmesi

ile bulunur. En az beş numune bu teste tabi tutulmalı ve bulunan minimum değer 0,5 N/mm az olmamalıdır.

Şekil 9. Aluminyum Folyonun Sıyrılma Testleri

iii) Tip testler:

 (İlk defa üretilen kablolar üzerinde yapılır)

Ardışıl testler:

a)Bükme testi ve bunu takip eden kısmi boşalma testi: Numune uygun çaplı bir silindir üzerinde bükme testi yapılmalı ve daha sonra kısmi boşalması ölçülmelidir. Ölçülen kısmi boşalma 5 pC yi geçmemelidir.

Makara çapı: kablo tipine göre iletken ve kablo dış çapı dikkate alınarak standartta verilen formüllerce hesaplanır.

b)Isı döngüsü testi ve bunu takip eden kısmi boşalma testi:

Numune 2 Uo gerilim altında 20 çevrim ısıtma testine tabi tutulur.  Daha sonra kısmi boşalması ölçülür.

Ölçülen kısmi boşalma 5 pC yi geçmemelidir.

c)Yıldırım darbe testi ve bunu takip eden gerilim testi:

Numune beyan gerilimine göre 10 pozitif, 10 negatif yıldırım gerilim darbesine sonrasında ise şebeke frekanslı 2,5 Uo değerinde bir gerilime 15 min boyunca tabi tutulur. İzolasyonda delinme olmamalıdır.

Sıra takip etmeyen testler:

1)               tan d ölçümü:

 Numunenin iletken sıcaklığı maximum iletken sıcaklığının 5°C ila 10°C (XLPE için bu sıcaklık 95°C ila 100°C) üzerine çıkarılır ve 2 Uo altında tan d £ 10×10-4  (XLPE izolasyonlu kablolar için olmalıdır.)

2)               İç ve dış yarı iletkenlerinin özdirençlerinin ölçülmesi Önce numunelerin yaşlandırmadan önceki öz dirençleri, numuneler en 30 min boyunca maximum iletken sıcaklığındaki (± 2 °C)  bir ortamda tutularak ölçülür. Daha sonra numunler 7 gün boyunca maximum iletken sıcaklığının (10 ± 2) °C üzerindeki bir ortamda yaşlandırılarak öz dirençleri (numuneler sıcakken) tekrar ölçülür. Ölçülen değerler (hem yaşlandırma öncesi hem yaşlandırma sonrası) iç yarı iletken için 1000 ×Wm yi dış yarı iletken için 500 ×Wm yi geçmemelidir.

Şekil 10. İç ve Dış Yarı iletkenlerinin Öz dirençlerinin Ölçülmesi

6. AKIM TAŞIMA KAPASİTE HESABI   

                       (IEC 60287)

7.KABLODAKİ EŞDEĞER TERMAL DEVRE

Şekil 11. Kablodaki Eşdeğer Termal Devre

Yukarıdaki tabloda (şekil 11) T1, T3 kesin olarak tanımlanabilen değerler olmasına karşın, T4 ‘ü (Kabloyu çevreleyen ortam ısıl direnci) oluşturan parametrelerde en kötü koşulların göz önüne alınması gerekir. Kablodaki  kayıplar; iletken kayıpları, dielektrik kayıpları ve metalik kılıf kayıpları olarak oluşmaktadır.

8.YÜKSEK GERİLİM KABLOSUNUN YER    

    ALTINA DÖŞENMESİ

Yoğun nüfus, trafik ve şehirleşmenin olduğu bölgelerde kablolar, örnek projede olduğu gibi PE boru içine döşenebilmektedir.

ÖRNEK PROJE:

SERİLME VERİLERİ VE ÇEVRESEL FAKTÖRLER

PE boruda  döşeme 

Kablo serilmesi                                              Direk toprakta,boruda

Serilme derinliği                                  1300mm

Serilme düzeni                                               yatay (yan-yana)

Boru malzemesi                                   PE

Boru çapı (iç/dış) mm                          225/250

Boru doldurma malzemesi                   boş boru

Fazlar arası mesafe mm                       400

Toprak sıcaklığı ⁰C                                                       25

Toğrağın termal direnci   K.m/W        1,2

Kılıf topraklama                                  Çapraz bağlı

Maksimum akım taşıma kapasitesi      A   1509

Şekil 12. Örnek Proje Çizimi

Haberin Kaynağı için Tıklayınız..