Yıldırım elektromanyetik darbesinin yüksek gerilim hatları ı̇le doğrudan ve dolaylı etkileşiminin modellenmesi ve analizi

Güç sistemlerinin kritik unsurları olan yüksek gerilim enerji tesisleri ve iletim hatları, yıldırım elektromanyetik darbeleri (YEMD) nedeniyle ciddi arızalar ve harmonik bozulmalarla karşı karşıya kalmaktadır. Bu arızalar, enerji tüketiminde aksamalara ve ekonomik kayıplara yol açmakta olup, önleyici tedbirlerin alınmasını zorunlu kılmaktadır. Bu bağlamda, yüksek gerilim (YG) sistemlerinin simülasyon programları kullanılarak modellenmesi ve analiz edilmesi, alınacak tedbirlerin belirlenmesi açısından büyük önem taşımaktadır. Çalışmada, MATLAB, EMTP ve CDEGS gibi simülasyon programları kullanılarak enerji iletim hatlarında ve bu hatlarla ilişkili tesislerde YEMD kaynaklı elektriksel arızaların analiz edilmesi ve bu arızaların etkilerinin minimize edilmesi hedeflenmiştir. Bu alanda uluslararası literatürde çalışmalar bulunmasına rağmen, ulusal düzeyde kapsamlı araştırmalar yetersiz kalmaktadır. Çalışmanın özgün değeri, klasik koruma tedbirlerinin (parafudr ve paratoner) yanı sıra elektromanyetik ekranlama yöntemleri ile yeni korunma stratejileri geliştirilmesi üzerine yoğunlaşmaktadır. YEMD'in doğrudan ve dolaylı etkilerini (kublaj etkisi) minimize etmek amacıyla elektromanyetik uyumluluk (EMC) açısından ekranlama metotları önerilmiştir. Bu bağlamda, enerji iletim hatları ve ilgili tesislerde YEMD'in neden olduğu arızaların analiz edilmesi, bu arızaların konumlarının belirlenmesi ve etkilerinin en aza indirilmesi amaçlanmıştır. Çalışmada analitik yöntemler ve gerçek hat verilerine dayanan simülasyonlar kullanılarak, YEMD kaynaklı arızaların çözümüne yönelik basit ve pratik matematiksel modeller geliştirilmiştir. Bu modeller, ulusal şebekede YEMD kaynaklı arızaların çözümüne önemli derecede kolaylık sağlamaktadır. Çalışmada, Türkiye'nin Batı Akdeniz ve Ege bölgelerinde yoğun YEMD düşüşlerinin yaşandığı enerji iletim hatları üzerinde analitik hesaplamalar yapılmış ve gerçek zamanlı veriler Türkiye Meteoroloji Genel Müdürlüğü ile Türkiye Elektrik İletim A.Ş.'den sağlanmıştır. Çalışmada Türkiye'de kullanılan 380, 154 kV ve 34.5 kV'lık kablo ve havai hatlar incelenmiş, farklı direk tipleri değerlendirilmiş ve çeşitli bölgelerde (özellikle Antalya, Burdur, Isparta, Muğla ve Denizli) analitik hesaplamalar ve yazılım geliştirmeleri yapılmıştır. Bu veriler, hatların ve tesislerin YEMD karakteristikleri, topraklama ve koruma iletkeni özelliklerini içermektedir. YEMD kaynaklı arızaların ve kublaj etkilerinin analizi, matematiksel modeller ve bilgisayar simülasyonları ile gerçekleştirilmiş ve yeni korunma yöntemleri önerilmiştir. Çalışmada ayrıca, hat kulelerinin yeraltındaki topraklama yapısına yeni bir bakış açısı kazandırılmış ve Faraday kafesi şeklinde topraklama modelleri oluşturularak geleneksel topraklama modelleri ile karşılaştırılmıştır. Uluslararası literatürde genellikle YEMD'in doğrudan hatta düşmesi sonucu oluşan durumlar incelenmişken, bu çalışmada dolaylı düşüşler de kapsamlı olarak ele alınmıştır. Ayrıca, enerji tesislerinin ve iletim hatlarının YEMD'e karşı performansını iyileştirmenin bir yolu olarak parafudr kullanmanın faydaları da incelenmiştir. Parafudrların optimal ve uygun maliyetli yerleşimini belirlemek için EMTP-ATP simülasyon analizleri yapılmış ve farklı konfigürasyonlar değerlendirilmiştir. Çalışmada, iletim hatlarını YEMD'den korumak için iki farklı tasarım düşünülmüştür: her kulenin seçilen fazına hat parafudr takmak ve seçilen kulelerin tüm fazlarına hat parafuduru takmaktır. Hat izolatörlerinin geri atlama gerilim (flashover) değerleri eşik voltajı olarak kullanılarak farklı parafudr kurulum konfigürasyonları değerlendirilmiştir. Ayrıca, hatların karakteristik empedansı YEMD performansı açısından incelenmiş ve sadece topraklama direncine değil, hattın karakteristik empedansına da dikkat edilmesi gerektiği önerilmiştir. Bu tez çalışması, YEMD'in etkisini toprak koşulları, topraklama tasarımı ve YEMD akımının enjeksiyon noktasının konumu gibi parametreler üzerinden simülasyon ve numerik metotlarla tespit etmektedir. MATLAB/Simulink ve EMTP-ATP benzetim programları ile TEİAŞ Genel Müdürlüğü ve Meteoroloji Genel Müdürlüğü'nden alınacak veriler sayesinde gerçek zamanlı transient analizler yapılmıştır. Çalışma, ulusal şebekede YEMD kaynaklı arızaların çözümüne yönelik basit ve pratik matematiksel modellemeler geliştirilmesini sağlamıştır. Sonuç olarak, YEMD analizi sonucu elde edilen benzetim modellerinin, gelişmekte olan yapay zekâ tabanlı şebeke çalışmalarına da katkı sağlaması beklenmektedir. Bu kapsamda elde edilen sonuçlar, ulusal ve uluslararası literatüre önemli katkılar sunmakta ve ileri araştırmalar için bir temel oluşturmaktadır.