Elektrik Dağıtım
eMühendisi.com
16 Saat önce
25
Elektrik dağıtım sistemlerinde hat iletken kesitlerinin doğru tayini, gerilim düşümü, enerji kaybı, hat sabiteleri ve yük tipine göre yapılır. Bu bölümde doğru akım (DC) ve alternatif akım (AC) dağıtım sistemlerinde hat kesit hesaplama esasları, monofaze ve trifaze hatlar ile yük bağlantı şekilleri detaylı olarak ele alınacaktır.
Doğru Akım Dağıtım Sistemlerine Ait Hatlar
DC sistemlerde iletkenler üzerinden sabit yönlü akım akar. DC hatların tasarımında özellikle şu faktörler dikkate alınır:
Hat uzunluğu (L)
Akım değeri (I)
İletken direnci (R)
Gerilim düşümü (%ΔV)
Enerji kaybı (I²R)
Bir Noktadan Yüklü DC Açık Hatlarda Gerilim Düşümü ve Kesit Hesabı
Gerilim düşümü, DC hatlarda aşağıdaki formülle hesaplanır:
ΔV=I⋅R=I⋅ρLA\Delta V = I \cdot R = I \cdot \rho \frac{L}{A}ΔV=I⋅R=I⋅ρAL
Burada:
ΔV → gerilim düşümü (V)
I → akım (A)
R → hat direnci (Ω)
ρ → iletkenin özdirenci (Ω·mm²/m)
L → hat uzunluğu (m)
A → iletken kesiti (mm²)
Kesit Hesabı:
Müsaade edilen gerilim düşümü dikkate alınarak kesit seçilir:
A=I⋅ρ⋅LΔVmaxA = \frac{I \cdot \rho \cdot L}{\Delta V_{\text{max}}}A=ΔVmaxI⋅ρ⋅L
Bir Noktadan Yüklü DC Açık Hatlarda Enerji Kaybı ve Kesit Hesabı
Enerji kaybı, hat boyunca oluşan Joule kaybıyla ilişkilidir:
Pkaybı=I2⋅R=I2⋅ρLAP_{\text{kaybı}} = I^2 \cdot R = I^2 \cdot \rho \frac{L}{A}Pkaybı=I2⋅R=I2⋅ρAL
Kesit seçimi:
Belirli bir kayıp sınırına göre iletken kesiti şu şekilde bulunabilir:
A=I2⋅ρ⋅LPkaybı, maxA = \frac{I^2 \cdot \rho \cdot L}{P_{\text{kaybı, max}}}A=Pkaybı, maxI2⋅ρ⋅L
Bu yöntem ekonomik ve verimli hat tasarımı için önemlidir.
Alternatif Akım Dağıtım Sistemlerine Ait Hatlar
AC sistemlerinde iletkenler üzerinden sinüsoidal akım akar. AC hatlarda gerilim düşümü ve kesit hesapları daha karmaşıktır çünkü hem rezistif hem de endüktif bileşenler dikkate alınmalıdır.
Monofaze Hat Sistemleri
Monofaze hatlarda yükün tipi gerilim düşümü ve akım dağılımını etkiler.
Rezistif Yük: Gerilim düşümü hat boyunca gerçek (R) direnç üzerinden hesaplanır. Faz açısı 0°’dir.
Endüktif Yük: Gerilim düşümü hem rezistif hem de endüktif (X) bileşenleri ile hesaplanır. Faz açısı θ yükün endüktansına göre değişir:
ΔV=I⋅R2+(X⋅L)2\Delta V = I \cdot \sqrt{R^2 + (X \cdot L)^2}ΔV=I⋅R2+(X⋅L)2
Hat sabitelerine göre faz açısının değişimi, gerilim düşümünü artırabilir.
Trifaze Hat Sistemleri
Trifaze hatlarda fazlar arasında simetri ve yük bağlantı şekli önemlidir.
Yıldız Bağlı Hat Sistemleri
Fazlar nötr iletkenine bağlanır.
Yük rezistif veya endüktif olabilir.
Faz gerilimi ve hat gerilimi ilişkisi:
Vhat=3⋅VfazV_{\text{hat}} = \sqrt{3} \cdot V_{\text{faz}}Vhat=3⋅Vfaz
Akım ve güç bağıntıları:
Ifaz=PfazVfaz⋅cosϕ,Ptoplam=3⋅Vhat⋅Ihat⋅cosϕI_{\text{faz}} = \frac{P_{\text{faz}}}{V_{\text{faz}} \cdot \cos\phi}, \quad P_{\text{toplam}} = \sqrt{3} \cdot V_{\text{hat}} \cdot I_{\text{hat}} \cdot \cos\phiIfaz=Vfaz⋅cosϕPfaz,Ptoplam=3⋅Vhat⋅Ihat⋅cosϕ
Üçgen Bağlı Hat Sistemleri
Fazlar doğrudan hatlara bağlanır.
Nötr iletken gerekmez.
Hat ve faz akımı ile gerilim bağıntıları:
Ihat=3⋅Ifaz,Vhat=VfazI_{\text{hat}} = \sqrt{3} \cdot I_{\text{faz}}, \quad V_{\text{hat}} = V_{\text{faz}}Ihat=3⋅Ifaz,Vhat=Vfaz
Yüklerin hat sistemine bağlanış şekli, iletkenlerin akım ve gerilim değerlerini belirler.
Nötr İletkeninin Kesiti ve Hat İletkenlerinin Tertip Şekli
Yıldız bağlı sistemlerde nötr iletkeni, toplam faz akımının toplamına göre seçilir.
Nötr iletkeni ile faz iletkenlerinin kesitleri, yüklerin simetrik veya asimetrik dağılımına göre belirlenir.
Faz iletkenleri genellikle aynı kesitte seçilir.
Bir Noktadan Yüklü AC Açık Hatlarda Enerji Kaybı ve Kesit Hesabı
AC hatlarda enerji kaybı:
Pkaybı=I2⋅RP_{\text{kaybı}} = I^2 \cdot RPkaybı=I2⋅R
R: hat direnci
I: faz akımı
Kesit seçimi, hem gerilim düşümü hem de kayıp sınırları dikkate alınarak yapılır.
Açık Gücü N Olan Bir Alıcının Monofaze veya Trifaze Bir Hatla Beslenmesinin Mukayesesi
Monofaze: Daha yüksek akım, iletim kayıpları fazla
Trifaze: Daha düşük akım, kayıplar az, iletim daha ekonomik
Özellikle büyük güçlerin dağıtımı trifaze hatlarla yapılır.
Monofaze ve Trifaze Hatlarda %n ve %e Arasındaki Bağıntı
%n: Normal gerilim düşümü
%e: Enerji kaybına bağlı gerilim düşümü
Bağıntı:
ΔVtoplam=(ΔVn)2+(ΔVe)2\Delta V_{\text{toplam}} = \sqrt{(\Delta V_n)^2 + (\Delta V_e)^2}ΔVtoplam=(ΔVn)2+(ΔVe)2
Bu ilişki ile gerilim düşümü ve enerji kaybı birlikte değerlendirilir.
Asgari Bakır Ağırlığını Veren Lord Kelvin Usulüne Göre Kesit Hesabı
Lord Kelvin yöntemi, enerji kaybı ve iletken maliyetini optimize ederek iletken kesitinin belirlenmesini sağlar.
Amaç: Asgari toplam maliyet (iletken maliyeti + enerji kaybı maliyeti)
Kesit hesaplamasında:
İletkenin maliyeti
Enerji kaybı maliyeti
Hat uzunluğu dikkate alınır
Sonuç
Hat iletken kesitlerinin tayini, DC ve AC dağıtım sistemlerinde gerilim düşümü, enerji kaybı, hat sabiteleri ve yük tipi dikkate alınarak yapılır. Monofaze ve trifaze hatlarda yüklerin rezistif veya endüktif olması, hat sabiteleri ve faz-nötr bağlantıları iletken kesit seçiminde belirleyici faktörlerdir. Lord Kelvin yöntemi gibi ekonomik hesap yöntemleri, minimum bakır ağırlığı ve enerji kaybını sağlayacak şekilde kesit belirlemek için kullanılır.
