Bir yüksek gerilim yeraltı kablosunun farklı işletme koşullarında ısıl ve elektriksel birleşik analizi

Yüksek gerilim kablolarının değişik ortam koşullarına göre davranışlarının ısıl olarak analiz edildiği bu çalışmada, modellenen kablo için izin verilen en yüksek işletme sıcaklığına göre akım taşıma kapasiteleri belirlenmiştir. Değişen ortam koşullarının, yüksek gerilim kablolarının sıcaklık dağılımlarını nasıl etkilediği gözlemlenmiş ve bu değişim ile akım taşıma kapasiteleri arasında da ilişki kurulmuştur. Böylelikle yüksek gerilim kablosunun daha verimli halde işletilebilmesi için gerekli ortam ve döşeme koşulları hakkında öneriler sunulmuştur. Tezin birinci bölümünde konuya genel olarak bir giriş yapılmış ve literatürde bu konuyla ilgili yapılan sayısal ve analitik çalışmalardan detaylı olarak söz edilmiştir. Tezin ikinci bölümünde kısaca yeraltı kablolarının avantaj ve dezavantajları sıralanmıştır. Yine aynı bölümde, yüksek gerilim yeraltı kablolarının genel yapısından, kabloyu oluşturan katmanlardan ve malzemelerden bahsedilmiştir. Tezin üçüncü bölümünde yeraltı kablolarının doğru akım ve alternatif akım direncinin hesaplanmasından, kablolarda meydana gelen kayıplardan ve bu kayıpların hesaplamasından, yeraltı güç kablosunun akım taşıma kapasitesini belirleyebilmek için kullanılan yöntemlerden bahsedilmiştir. Tezin dördüncü bölümünde ise kabloların akım taşıma kapasitesini hesaplayabilmek için yapılan ısıl analizin temel yönlerinden söz edilmiştir. Kablolarda ısıl dirençlerin nasıl hesaplandığına değinilip, ısıl iletimin çeşitlerinden ve nasıl gerçekleştiğinden bahsedilmiştir. Tezin sayısal uygulamaları içeren beşinci bölümünde ise sonlu elemanlar yöntemine göre çoklu fiziksel analizler yapabilen Comsol Multiphysics programı kullanılarak ısıl ve elektriksel analizler yapılmıştır. İlk olarak Comsol Multiphysics programının tanıtımı yapılmış, analiz metodolojisinden söz edilmiştir. Daha sonra 89/154 kV'luk 1000 mm2 iletken kesitine sahip yüksek gerilim kablosu tek ve üç adet yan yana dizilmiş olarak ayrı ayrı modellenmiştir ve direkt olarak toprağa gömülme durumu için sıcaklık dağılımları ve akım taşıma kapasiteleri elde edilmiştir. Daha sonra 3 adet yatay düzlemde yan yana yerleştirilmiş kablo modelinin belirtilen döşeme modeline göre ısıl ve elektriksel analizi yapılmıştır. Analizler yapılırken dolgu maddesinin ısıl iletim katsayısının, kablolar arası yatay mesafenin, kabloların döşenme derinliğinin, tuğla dikey boyutunun ve tuğla malzemesinin ısıl iletim katsayısının, yüzey sıcaklığının ve rüzgar hızının değişiminin kabloların sıcaklık dağılımınlarına ve akım taşıma kapasitelerine etkileri gözlenmiştir. Elde edilen akım değerleri ve sıcaklık değişimleri kullanılarak bir ömür denklemi ile kabloların değişen koşullara göre ömür analizleri de yapılmıştır. Ayrıca kablo özelinde paket bir program olan ve IEC 60287 standardını esas alan Cymcap isimli yazılımla da ısıl ve elektriksel analizler yapılmıştır ve sonuçlar Comsol Multiphysics programında elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Çalışmanın sonuç ve öneriler bölümünde ise yapılan analizler yorumlanmış ve değişen ortam koşullarına göre kabloların işletilmesiyle ilgili önerilere yer verilmiştir.