HVAC vs HVDC |
5 Çevresel Etkinin Karşılaştırılması

Enerjinin DC ya da AC taşınması ile ilgili araştırmalar ve çalışmalar uzun yıllardır devam etmektedir. Ülkemiz de dahil olmak üzere yaygın olarak kullanılan HVAC enerji nakil hatları ile HVDC hatlarına göre çevresel etkilerin 5 madde halinde inceledik.

A- A+

24.08.2016 tarihli yazı 19893 kez okunmuştur.

Büyük çaplı tartışmalar sonucunda HVDC enerji nakil hatlarının çevreye potansiyel etkileri ile HVAC hatlarının karşılaştırması, 2003 yılında L.A. Koshcheev tarafından bir belge ile özetlenmiştir. Yazıda, Koshcheev HVDC iletim sistemlerinin klasik HVAC teknolojisi üzerinden çevresel zararlarının daha azlığına dikkat çekmektedir.

"AC iletim sistemlerinde üç iletkene ihtiyaç duyulurken DC sistemlerde iki iletken kullanılmaktadır."

Bu özellik görsel kirliliği azaltır ayrıca kayıpların azlığı ve iletken kesitinden daha fazla yararlanılması ile aynı hat üzerinden daha fazla gücün taşınmasına olanak sağlar. Ek olarak, HVAC iletim sistemlerinde oluşan elektromanyetik alan etkileri HVDC hatlarda oluşmamaktadır. AC ya da DC yüksek güçlü enerji nakil hatlarından kaynaklanan çevresel olası etkiler;

► Elektrik alan etkisi
► Manyetik alan etkisi
► Radyo girişimi (Elektromanyetik girişim)
► Gürültü seviyesi
► Toprak akımları ve korozyon etkileri

HVDC hat karakteristiklerine çevresel açıdan bakıldığında bir kısmı dezavantaj olarak görünürken, göz ardı edilemeyecek birçok avantajı vardır. HVDC hatlarının karakteristikleri iletim hattı planlarında ve nakil hattı güzergahları seçilme aşamasında dikkate alınmalıdır. HVDC iletim sistemleriyle ilgili yukarıda belirtilen 5 etki teknik özellikler referans alınarak tek tek açıklanacaktır.

1) Elektrik Alan Etkisi

Bir HVDC iletim hattında oluşan elektrik alan, hat voltajı tarafından oluşan elektrostatik alan ile hat koronası tarafından oluşturulan havanın yüklenmesinin kombinasyonundan meydana gelmektedir. Rusya ve Kanada tarafından yürütülen HVDC iletim hatlarındaki elektrik alanın çevresel etkileri konulu araştırmalar gösterdi ki HVAC iletim hatlarının altında insan bedeninde görülen olumsuz etkiler HVDC iletim hatları altında görülmemektedir. Bu etkiler elektrik deşarjlarından meydana gelmektedir.

HVDC iletim hatlarındaki elektrik alanın etkisi olarak deşarjlar meydana gelebilmektedir ancak bu deşarjlar saniyede 100 deşarja kadar çıkabilen HVAC iletim hatlarına göre oldukça seyrek görülmektedir. HVDC enerji nakil hattı altında bulunan bir insan üzerendeki elektrik alan etkisi genellikle saçlarında elektrostatik uyarılmadan kaynaklanan sağa sola hareketten öteye gitmemektedir. Bu sonuçlar HVDC iletim hatları altında elektrik alan etkilerinin sınırlı ve genellikle insanlar için tehlikeli olmadığını göstermektedir.

"HVDC ve HVAC hatları elektrik alan ölçümü. Her bir hat 500kV gerilimde ve fotoğrafta da görülebildiği gibi HVAC iletim hattında oluşan elektrik alan daha büyüktür."

►İlginizi Çekebilir: HVDC Nedir? Avantajları ve Dezavantajları

Kanada'da yapılan bir araştırmada, HVDC iletim hattı altında duran lastik tekerlekli büyük makineler (biçerdöver, otomobil, traktör gibi) elektriksel olarak tehlikeli olacak seviyelerde yüklenmemektedir. Bu makinelerin elektriksel lastik direnci yüksek olduğu halde (yaklaşık 10 megaohm), makine kuru asfalt üzerinde duruyor olsa bile tehlikeli seviyede yük birikmesi olmayacak şekilde, yeterince düşük olduğu ortaya çıkmaktadır. HVAC hava hatları altında ise büyük makinelerde indüklenen kapasitif akımlar tehlikeli seviyelere ulaşabilmektedir.

Statik elektrik alanına ek olarak havada DC hat boyunca iletken etrafında belirli miktarda akı oluşur. Ölçümler sonucunda güzel bir havada mevcut bulunan iyonlara ek olarak, HVDC havai hattının (korona) havadaki pozitif iyon konsantrasyonunu arttırabileceği ve kübik inç başına 10³- 10⁴seviyelerinden 10⁶- 10⁷seviyelerine çıkarabileceği belirlenmiştir. Yağmur yağdığı zamanlarda bu değerler birkaç kat daha fazla çıkabilir. Pozitif iyon konsantrasyonu kübik inç başına 10⁵ seviyesinin üstüne çıktığında ve insan uzun süre bu etkiye maruz kaldığında solunum sistemi için zararlı olabilmektedir.

HVDC iletim sistemlerinde indüklenen korona yükü seviyesi hava koşullarına bağlı olarak değişiklik göstermektedir. Bu nedenle iletim hattındaki toplam elektrik alan ve akı değerleri istatistiksel olarak tanımlanmalıdır. Tipik iletim hatları elektrik alanların insan sağlığına etkilerini sınırlamak için bazı kurallar dahilinde tasarlanmaktadır. DC hattın oluşturduğu korona deşarjı, elektrostatik alan, akı yoğunluğu ve toplam elektrik alan için ayrı ayrı sınır değerler belirlenmiştir. Havai enerji nakil hatları tasarımında elektrik alan etkileri mevcut yönetmelikler ışığında sınırlanacak şekilde büyük önem gösterilerek belirlenir daha sonra ekonomik ve teknik sonuçlar dahilinde HVDC iletim hatlarının yapımı tamamlanır.

2) Manyetik Alan Etkileri

İletim hatlarının çevresel etkilerinden olan manyetik alanın insanlar üzerindeki etkileri hakkında elektrik alan etkilerine göre daha az çalışma yapılmıştır. Çeşitli tahminlere göre, hat etrafında oluşan maksimum manyetik alan kuvveti 10 ile 50 μT (mikro Tesla) arasında değişmektedir. Yerleşim yerlerinde ise manyetik alana maruz kalma değerinin standardı 1 μT'dan daha az olarak belirlenmiştir. (BPA 1996)

DC hatlarda meydana gelen manyetik alanların hissedilebilir hiçbir etkisi yoktur. HVDC enerji nakil hatlarının etrafında oluşan manyetik alan kuvveti dünyanın doğal manyetik alanı ile aynı değerdedir.

HVDC ve HVAC 500kV iletim hatları altında manyetik alan ölçümü, ölçülen değerlere göre manyetik alanlar AC hatta 25 miligauss DC hatta ise 7 miligauss'dur.

►İlginizi Çekebilir: HVAC Sistemlerinde Otomasyon ve Enerji Verimliliği

Elektrik akımı ile polaritesi ve kuvveti sürekli değişen AC manyetik alanı aksine, DC manyetik alanı sabit kuvvet, yön ve polariteye sahiptir. Manyetik alana maruz kalma mevcut sınırları, HVDC iletim hattı altında maruz kalınan değerlerden çok daha fazladır. DC hatların tasarımında manyetik alan etkileri etkin bir rol oynamamaktadır.

3) Radyo Girişimi

Enerji nakil hatlarında radyo girişimi, pozitif gerilimde iletkenler etrafında oluşan korona etkisinden dolayı meydana gelmektedir. İletkenlerde oluşan belirli frekanslardaki parazitler iletişim devrelerinde, radyo ve TV gibi cihazlarda girişime neden olur. HVDC hatlarda yalnızca pozitif yüklü iletkenler ile radyo girişimi oluşurken, HVAC iletim hatlarında tüm üç fazda da radyo girişimi meydana gelmektedir. Hava koşulları AC ve DC hatlarda radyo girişimi üzerinde zıt etki göstermektedir.

AC hatlarda yağmurlu havalarda radyo girişimi 10 dB'e (desibel) kadar çıkmaktadır ancak yağmur esnasında DC hatlarda radyo girişimi düşüş göstermektedir. Elektrik alan miktarı 65 kV/inch'e kadar, DC radyo girişim seviyesi kabul edilebilir değerler arasına sınırlandırılabilir. HVDC hatlardaki radyo girişim seviyeleri aynı kapasitedeki HVAC hatlara göre genellikle 6-8 dB daha düşüktür.

4) Gürültü Seviyesi

DC iletim hatlarında duyulabilir gürültü, yüksek frekanslardan oluşan geniş bant gürültüsüdür. Gürültü iletim hatlarında çok yaygın görülmektedir. DC iletim hatlarında gürültü seviyesi AC hatların aksine kötü hava koşullarında genellikle düşmektedir. Yerleşim yerlerindeki enerji nakil hatlarında duyulabilir gürültü seviyesi gündüz 50 dB gece 40 dB olacak şekilde sınırlandırılmaktadır.

HVDC iletim hattı işletme gürültüsü önleme amacıyla genellikle HVAC sistemlerde kullanılan gürültü önleme yöntemlerinin aynı tipleri kullanılmaktadır. HVDC sistemlerde gürültünün ana kaynağı olarak dönüştürücü istasyonları ve dönüştürücü trafolar olarak görülmektedir. Gürültü seviyesi kabul edilemez seviyelere çıktığında etrafı ses yalıtımıyla kaplanabilmektedir.

5) Toprak Akımlar ve Korozyon Etkileri

HVDC iletim sistemlerinde toprak akımları tek hat tekniği ile bağlantılıdır. Tek hatlı HVDC sistemler genellikle deniz altı enerji nakil hatlarında kullanılmaktadır. Çift hatlı (bipolar) HVDC iletim sistemleri denizaltı enerji nakil hattı için kullanılmamaktadır. Güç sadece bir hat aracılığı ile aktarıldığında, akım için bir dönüş devresi gerekmektedir. Tek hatlı HVDC iletim sistemlerinde su altı kabloları için, akım dönüş yolu olarak toprak kabul edilir.

Preslenmiş HVDC denizaltı kablo sistemi

Normalde iletim hattında yıldırım koruması olarak kullanılan bir iletken, bazı durumlarda HVDC enerji taşımasında tek kutup iletim hattı olarak kullanılabilmektedir. İki çift HVDC hat ile aynı kule üzerinde ve aynı güzergahta gönderilen hat, HVDC iletkenlerinin aşırı yüklenmesi durumunda da kullanılabilmektedir. Tipik olarak, bir HVDC havai enerji nakil hattı iletkeni aşırı ısınma tehlikesi olmadan, nominal kapasitesinin iki katını taşıyabilecek şekilde etkin kesite sahiptir.

'Metalik dönüş' olarak bilinen, enerji taşınmayan ayrı bir iletken sayesinde HVDC enerji nakil hattında toprak akımı oluşmaz. Toprak akımı oluştuğu durumlarda ise, HVDC dönüştürücü istasyonları üzerinden topraklama tesisatı ile çevresel etkisi en aza indirilerek doğrudan toprağa yönlendirilir. Eğer metal boru hattı gibi bir gömülü iletken var ise akım bu iletken ile geri dönecektir. Bu dönüş yolu metal altyapıda tehlikeli şekilde elektro-korozyona sebep olabilmektedir. Korozyon seviyesi elektriksel izolasyonun kalitesine ve üzerinden geçen akım miktarına bağlıdır.

Havai HVDC iletim hatları genellikler bipolar yapıdadır ve yalnızca acil durum anında tek hat modunda çalıştırılır. Ancak çift hatlı (bipolar) yapıdaki bütün DC hatlarda (ek iletkenli olanlar hariç) asimetri durumu nedeniyle toprak akımları meydana gelir. Asimetri akımı genellikle nominal akım değerinin yaklaşık olarak %1 ile %3'ü arasındadır. HVDC trafo merkezleri için metalik dönüş iletkeni mevcut ve uygun değil ise karmaşık topraklama sistemleri gerekmektedir. Bu sistemlerde topraklama elektrotları yer altında bulunan trafo bileşenlerinin korozyona uğramasını engellemek için belirli bir mesafe kadar uzağa yerleştirilir. Ayrıca topraklama kurulumu, tehlikeli adım gerilim değerleri dikkate alınarak yapılır.

Elektrotlar özel malzemelerden yapılmaktadır ve toprağın kuruluğunu önlemek ya da iletkenin özelliğini yitirmemesi için özel önlemler alınır. Topraklama tesisatının yakınlarında bulunan gömülü boru hatlarının ya da diğer yer altındaki metal ekipmanların katodik koruması korozyonu önlemek açısından gerekli olabilmektedir.

Kaynak:

►electrical - engineering - portal