1. GİRİŞ
Son yıllarda meydana gelen aşırı nüfus artışları ve teknolojik gelişmeler (elektrikli ulaşım, bilgisayar kullanımının artması, otomasyon sistemlerinde meydana gelen gelişmeler vs.) üretilen elektrik enerjisinin kapasiteler üzerinde talebe cevap vermekle yükümlü kılmıştır. Özellikle 2. Dünya Savaşı’ndan sonra gözlenen bu gelişmelere paralel olarak dünyadaki elektrik enerjisi tüketimi her yıl yaklaşık olarak %10 artış göstermektedir. Artan elektrik enerjisi ihtiyacının karşılanabilmesi için yeni üretim tesislerinin kurulması ve iletim hatlarının organize edilmesi gerekmiştir. Böylece elektrik enerjisi sistemleri gelişmiş ve enerji üretimi, enerji iletimi, enerji dağıtımı birer mühendislik dalı haline gelmiştir.
Elektrik enerjisini üreten merkezler (hidroelektrik santraller, termik santraller, doğal gaz çevrim santralleri, rüzgâr çiftlikleri gibi) çoğunlukla tüketim merkezlerinin yakınında kurulamamaktadır. Bunun en önemli nedenleri arasında hammadde nakliyesindeki zorluklar, çevre kirliliği, güvenlik vb. nedenler sayılabilir. Örneğin ülkemizde hidrolik ve termik kaynaklar çoğunlukla Doğu ve Güneydoğu Anadolu Bölgesi’nde yer almaktadır. Buna karşın elektrik ihtiyacının en yoğun olduğu bölgeler, üretim merkezlerinin tam tersine batıda kalan bölgelerimizdir. Bu bakımdan üretilen elektrik enerjisinin, kilometrelerce uzağa taşınması söz konusu olacaktır. İşte bu noktada “enerji iletim hatları”nın önemi ortaya çıkmaktadır.
2. ENERJİ NAKİL ( İLETİM ) HATTI NEDİR?
Elektrik iletim hattının anlamını tanım olarak vermek gerekirse; elektrik santralinde kontrollü ve planlı olarak elde edilmiş elektrik enerjisinin, santrallerden dağıtım hatlarına iletilmesini sağlayan hatlardır. Elektrik üretim tesisleri ile elektrik tüketim bölgeleri yakınlarındaki transformatör istasyonları; transformatör istasyonları ile son tüketici arasında elektrik enerjisi iletimini sağlayan sistemdir. Elektrik hatlarının döşenmesinde maliyet, iletim hattının güzergâhı, coğrafik durum, arazi durumu, hattın güvenlik konumu gibi hususlar incelenir. Elektrik hattının güvenli bir şekilde yapımı ve elektriğin minimum kayıplarla iletilmesi çok önemlidir.
Elektrik iletim hatları yüksek ve düşük gerilim olmak üzere ikiye ayrılır. Yüksek gerilim hatları genellikle santral ile yerleşke arasına döşenir. Düşük gerilim hatları ise şehir içi elektrik dağıtımında kullanılır. Taşıdıkları enerjinin gerilimine göre adlandırılırlar. Enerji yükü ve gerilimine bağlı olarak boyutlandırılırlar. Modern çağda; açık arazide, uzun ENH’ları havai hat; yerleşim yerlerinde ise yeraltı ENH hat olarak tesis edilirler. Yer altı ENH yüksek izolasyon gerektirdiğinden, hava hattına oranla oldukça pahalı olmasına karşın güvenlik ve görsel açıdan yeğlenirler. Hava hattı bir ENH; bakır veya alüminyumdan iletken kablo, taşıyıcı direk (pilon) ve pilon ile iletken arasındaki bağlantıyı sağlayan yalıtkan izolatörden meydana gelir. Biraz daha teknik bir tanımla ifade etmek gerekirse, elektrik üretim tesisleri ile transformatör istasyonları arasındaki hatlar yüksek gerilim; büyük transformatör istasyonları ile küçük transformatör istasyonları arasındaki hatlar orta gerilim, küçük transformatör istasyonları ile son tüketici arasındaki hatlar alçak gerilim olarak adlandırılır. Türkiye'de ki ENH sistemleri Türkiye Elektrik İletim A.Ş. (TEİAŞ) tarafından tesis edilip çalıştırılmaktadır.
Enerji nakil hatları genel olarak; standartlara bağlı kalınarak inşa edilen, üretilen elektrik enerjisinin uzak noktalara taşınmasını sağlayan, farklı konstrüksiyon yapılarına sahip direkler, iletkenler, topraklama ekipmanları, hırdavat takımları ve izolatör ekipmanları gibi malzeme gruplarından meydana gelen taşıma hatlarıdır. Elektriksel yönden ele alındığında enerji iletim hatları, hat parametreleri ve uzunluklarıyla karakterize edilirler. Bütün sinüsoidal alternatif akımla çalışan iletkenlerde olduğu gibi, enerji iletim hava hatlarının da omik direnç, endüktans, kapasite katsayıları kısaca R-L-C hat sabitleri bulunmaktadır. Enerji nakil hatlarının omik direnci doğru akım direncinden daha büyüktür, bunun nedeni de deri etkisi olayıdır. Diğer taraftan komşu iletkenlerden akan akımların halkaladığı akılar nedeniyle, faz iletkenlerinin self ve karşılıklı endüktansları meydana gelmektedir. Sinüsoidal alternatif akımla çalışıldığından endüktans deyimi yerine, şebeke frekansının bir fonksiyonu olan endüktif reaktans tanımı kullanılır. Hattın omik direnci ve endüktif reaktansı birbirine seri bağlı olarak düşünülür ve hattın karakterize edilmesi bu iki büyüklüğün seri toplamı olan empedans ile gerçeklenir.
Günümüzde hat sabitleri gerekli tüm detayları ile bilgisayar ortamlarında hesaplanıp, sanal ortamdan takip edilebilmektedir. İletim hattı uzunluğu genel olarak tasarım aşamasında öncelikle üzerine düşülmesi gereken noktalardan bir tanesidir. İletim uzunluğunun etkili olduğu başlıca diğer işletme büyüklükleri de şunlardır:
a) Gerilim Kademesi: İlk yıllarda kW’lar mertebesindeki güçlerin iletimi söz konusu olduğu için gerilim kademesi de voltlar mertebesindeydi. Sonraki yıllarda GW değerlerine varan güçlerin iletiminde artık çok büyük gerilim kademeleri kullanılmıştır. Bugün yurdumuzdaki iletim gerilimleri 154-380 kV’ dur. Her geçen gün gelişen izolasyon tekniği sonucu dünyada 1 MV’a kadar gerilimlerin hizmete sokulması düşünülmektedir. Yüksek gerilim sabit güç altında, düşük gerilime oranla faz akımını düşüreceği için hat kayıpları, gerilim düşümü vb. daha aza inmektedir. Bu nedenle, uzun iletim hatlarında gerilim kademesinin olabildiğince arttırılmasına çalışılmaktadır.
b) İletken Sayısı ve Cinsi: İletim uzunluğunun artması, günümüzde çok büyük güçlerin de iletimini beraberinde getirmektedir. Daha fazla güç iletmek amacıyla çift devreli iletim hatları kullanılmaktadır. İletkenler ise yapı itibariyle, örgülü St / Al ve demet olarak kullanılmaktadır. Altı faz üzerinden enerji iletimi üzerinde de çalışmalara devam edilmektedir.
c) Akım Cinsi: Geleneksel enerji iletim hatları sinusoidal alternatif gerilimle işletilmektedir. Ancak yaklaşık son 30-35 yıldan beri doğru akımla enerji iletimi üzerinde de durulmaktadır. Yapılan ekonomik doğru akımla enerji iletiminin bilinen alternatif akımla iletime göre daha pahalı olduğunu, ancak iletim uzunluğu arttıkça bu farkın da kapandığını göstermiştir.
Günümüzde tamamen enterkonnekte yapıya sahip olan enerji iletim hatlarını, ayrı ayrı düşünmek mümkün değildir. Ancak en genel olarak, iletim hatları kısa, orta ve uzun iletim hatları olarak 3 kategoride toplanıp; buna bağlı olarak dizayn edilirler.
3. ENERJİ İLETİMİNDE YÜKSEK GERİLİM KULLANIMINA BAKIŞ
Enerji iletiminde yüksek gerilimin kullanılması bir zorunluluktur. Yüksek gerilim kullanılarak kayıpların azaltılması, iletken kesitinin düşürülmesi, izolatör ve direklerin daha ekonomik yapılması mümkün olmaktadır. Ülkemizde yüksek gerilim kullanımının gelişimine bakıldığında, enerji iletim ve dağıtım hatlarının yoğunlaşmasına bağlı olarak arttığı gözlenmektedir. Türkiye enerji ağının en yüksek gerilimi 400 kV’tur. Mesafeler arttıkça kayıplar artmakta enerjinin naklinde sorunlar yaşanmaktadır. Bu sorunların aşılması gerilim değerinin yükseltilmesiyle çözümlenebilmiştir. Şu an Türkiye ve dünyadaki pek çok ülkede var olan gerilim seviyeleri iletim hatlarında arttırılarak, kayıpların azaltılması amaçlanmaktadır. Son dönemde yapılan pek çok şalt tesisi, iletim hattı, dağıtım hatları bunlara göre dizayn edilmektedir. Yüksek gerilimde DC gerilimle iletimin yapılması uygulaması şu an ülkemizde bulunmamaktadır, ancak dünya üzerinde bu sistemi kullanan, deneyen bazı ülkeler mevcuttur. Yüksek ve orta gerilim teknolojisindeki gelişmelere bağlı olarak bu hatlarda kullanılan malzemelerde de gün geçtikçe gelişmeler söz konusu olmakta, daha ekonomik yapılara ulaşılmaktadır. Şirketler şalt sahalarını, iletim hatlarını planlarken kullanacakları malzemelerin dayanıklılığını, müşteri isteğini, projeye uygunluğunu ve ekonomikliğini göz önüne alacaklardır. Az maliyetle daha uzun ömürlü ve mekâna uygun tasarım seçilecektir. Enerji üretim tesisleriyle tüketim merkezleri arasındaki mesafelerin uzaklığı sebebiyle, enerjinin iletim hatlarıyla aktarılması söz konusudur. İletim hatları genel olarak kısa iletim hatları, orta uzunluktaki iletim hatları ve uzun iletim hatları olarak 3 kısma ayrılır. Böylece hattın uzunluğu hesapları tamamen değiştireceğinden, malzeme seçimi, hattın konumu, yerleştirilmesi gibi hususlarda da değişiklik meydana gelecektir. Enterkonnekte sistemler birbiriyle bağlantılı, birbirini besleyen birden fazla hattın bağlantılı olması konumudur. Ülkemiz bazı komşularıyla ve kendi içinde iller arasında bu tarz bağlantılara sahiptir.
