Table Of ContentİSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTE Sİ (cid:144) FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
KABLO EKLERİNİN ELEKTRİKSEL VE ISIL ANALİZİ
YÜKSEK LİSANS TEZİ
Hasan Hüsnü MOLLAMAHMUTOĞLU
An abilim Dalı : Elektrik Mühendisliği
Programı : Elektrik Mühendisliği
OCAK 2009
İ STANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ (cid:144) FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
KABLO EKLERİNİN ELEKTRİKSEL VE ISIL ANALİZİ
YÜKSEK LİSANS TEZİ
Hasan Hüsnü MOLLAMAHMUTOĞLU
504051011
Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 12 Ocak 2009
Tezin Savunulduğu Tarih : 21 Ocak 2009
Tez Danışmanı : Doç. Dr. Özcan KALENDERLİ (İTÜ)
Diğer Jüri Üyeleri : Prof. Dr. Ayşen DEMİRÖREN (İTÜ)
Yrd. Doç. Dr. Önder GÜLER (İTÜ)
Ocak 2009
ÖNSÖZ
Hazırlamış olduğum bu tezin, konusunun seçiminden başlayarak tamamlanmasına
kadar geçen süre içinde yardımlarını hiç esirgemeyen ve tezin şekillenmesinde büyük
rol oynayan sayın hocam Doç. Dr. Özcan Kalenderli’ye teşekkür ederim.
Öğrenim hayatım boyunca daima yanımda olan, yardımlarını hiç esirgemeyen sevgili
babam Süleyman Mollamahmutoğlu ve annem Sadise Mollamahmutoğlu’na minnet
duyduğumu belirtmek isterim.
Tez çalışmamda kaynak olarak kullandığım kitap ve makaleleri temin eden,
çalışmamda motivasyonumu daima yükselten Sayın Serpil Genç’e, deney
aşamalarında sağlamış oldukları olanaklar ve hoşgörülerinden ötürü Sayın Devrim
Erçetin ve Sayın Yeşim Erçetin’e ve hesaplamalardaki yardımından ötürü çalışma
arkadaşım Ozan Yılmaz’a teşekkürü bir borç bilirim.
Ocak 2009 Hasan Hüsnü MOLLAMAHMUTOĞLU
Elektrik Mühendisi
ii
iii
İÇİNDEKİLER
Sayfa
KISALTMALAR………………………………………………………………........vi
ÇİZELGE LİSTESİ…………………………………………………………….…viii
ŞEKİL LİSTESİ…………………………………………………………………......x
SEMBOL LİSTESİ………………………………………………………………...xii
ÖZET……………………………………………………………………………….xiv
SUMMARY………………………………………………………………………..xvi
1. GİRİŞ……………………………………………………………………………....1
1.1 Kablolar……………………………………………………………………....2
1.2 Kabloların Sınıflandırılması………………………………………………......2
1.3 Kabloların Tanımlanması…………………………………………………......3
1.4 Başlangıçtan Günümüze Enerji Kabloları………………………………….....4
1.4.1 Süper iletken kablolarının özellikleri…………………………………… 4
1.4.2 Yalıtkan malzemelerdeki gelişmeler………………………………….....5
1.4.3 Bu zamana kadar yapılan çalışmalar………………………………….....6
2. TEMEL KAVRAMLAR……………………………………………………….....9
2.1 Kabloların Normal Koşullarda Akım Taşıma Kapasitesi……………………. 9
2.1.1 Kabloların yüklenmesi ile ilgili kavramlar……………………………....9
2.1.2 Kablo malzemelerinin ısınmaya etkileri………………………………..10
2.2 Isı Geçişi…………………………………………………………………......12
2.2.1 İletim………………………………………………………………........13
2.2.2 Taşınım………………………………………………………………....15
2.2.3 Işınım……………………………………………………………….......17
2.3 Isı İle Elektrik Arasındaki Benzerlikler……………………………………...18
2.3.1 İletim ile ısı geçişi………………………………………………….......18
3. İŞLETME KOŞULLARI ve TASARIM ÇİZELGELERİ…………………....21
3.1 Kablonun Toprağa Gömülmesi Durumunda………………………………...21
3.2 Kablonun Havada Bulunması Durumunda…………………………………. 24
3.3 Yüklenme Kapasitesi Hesabı………………………………………………. 30
3.3.1 Kablonun ısıl direncinin hesaplanması………………………………... 37
4. ORTAM KOŞULLARINA GÖRE ISIL DİRENÇ VE KABLOLARIN
AKIM TAŞIMA KAPASİTESİNİN HESAPLAMALARI………………….. 43
4.1 Havanın Isıl Direncinin Hesabı………………………………………….......43
4.1.1 Yatay montaj şekillerine göre havanın ısıl direnç hesabı……………....43
4.1.2 Dikey montaj şekillerine göre havanın ısıl direnç hesabı……………... 58
4.1.3 Farklı yüksekliklerde akım taşıma kapasitesi…………………………. 59
4.1.4 Güneş ışınlarının etkisi ile akım taşıma kapasitesi……………………. 62
4.1.5 Rüzgârın etkisi ile akım taşıma kapasitesi…………………………….. 64
4.2 Toprağın Isıl Direncinin Hesabı…………………………………………......67
4.3 Suyun Isıl Direncinin Hesabı……………………………………………….. 75
5. YAPILAN DENEYLER VE SONUÇLARI…………………………………....77
5.1 Genel Bilgi………………………………………………………………….. 77
iv
5.2.1 Havada ısıl çevrimi deneyi……………………………………………. 79
5.2.2 Suda ısıl çevrim deneyi……………………………………………...... 84
5.2.3 Deneylerin sonuçları…………………………………………………....87
6. SONUÇLAR VE ÖNERİLER…………………………………………………. 89
KAYNAKLAR…………………………………………………………………….. 93
EKLER…………………………………………………………………………….. 97
ÖZGEÇMİŞ…………………………………………………………………….....103
v
KISALTMALAR
XLPE : Çapraz Bağlı Polietilen
PE : Polietilen
PVC : Polivinilklorür
EPR : Etilen Propilen Kauçuk
SEY : Sonlu Elemanlar Yöntemi
SFY : Sonlu Farklar Yöntemi
TS : Türk Standartları
vi
vii
ÇİZELGE LİSTESİ
Sayfa
Çizelge 2.1: Kablolarda Yalıtkan Malzeme Türüne Göre İzin Verilen İşletme
Sıcaklıkları (°C) ve Isıl Özdirençleri (ρ) [21]………………….. 10
Çizelge 2.2: İletkenin Şeklini Açıklayan Harfler …………………………… 11
Çizelge 2.3: Isı Taşınım Katsayısı için Örnek Değerler [26]….…………….. 17
Çizelge 2.4: Elektrik ve Isı Formülleri Arasındaki Benzerlikler…………….. 19
Çizelge 3.1: IEC 60-287’e Göre Sıcaklık Değerleri [13]……………………. 24
Çizelge 3.2: Oda Tiplerine Göre Sıcaklık Değerleri………………………… 25
Çizelge 3.3: Toprak Altında Yüklenme Değerlerine Göre Akım Taşıma
Katsayısı f ……………………………………………………... 28
1
Çizelge 3.4: Toprak Altında Dizilme Şekline Göre Akım Taşıma Katsayısı f 29
2
Çizelge 3.5: NYY 1 x 25 mm2 0,6/1 kV Kablonun Özellikleri……………... 32
Çizelge 3.6: IEC 60287-1-1’e göre Elektriksel Özdirençler ve Sıcaklık
Katsayıları……………………………………………………… 33
Çizelge 3.7: IEC 60287-1-1’e Göre k ve k Katsayıları………………………. 34
s p
Çizelge 4.1: Örnek 4.1’in Verileri…………………………………………… 48
Çizelge 4.2: Örnek 4.1’e Göre Hesaplanan Değerler……………………….. 50
Çizelge 4.3: Havada Demet Haldeki NYY 1 x 25 mm2 0,6/1 kV Kablonun
Farklı Ortam Sıcaklıklarına Göre Akım Taşıma Değerleri……… 51
Çizelge 4.4: Havada Sıralı Haldeki NYY 1 x 25 mm2 0,6/1 kV Kablonun
Farklı Ortam Sıcaklıklarına Göre Akım Taşıma Değerleri……. 53
Çizelge 4.5: Havada Tek Halde NYY 1 x 25 mm2 0,6/1 kV Kablonun Farklı
Ortam Sıcaklıklarına Göre Akım Taşıma Değerleri……………… 55
Çizelge 4.6: Havada Tek, Demet ve Sıralı halde NYY 1 x 25 mm2 0,6/1 kV
Kablonun Farklı Ortam Sıcaklıklarına Göre Akım Taşıma
Değerleri…………………………………………………………. 57
Çizelge 4.7: Havada Demet ve Sıralı Halde NYY 1 x 25 mm2 0,6/1 kV
Kablonun Farklı Ortam Sıcaklıklarına Göre Akım Taşıma
Değerlerinin, Tek Haldeki NYY 1 x 25 mm2 0,6/1 kV Kablonun
Akım Taşıma Kapasitesine Oranları……………………………… 58
Çizelge 4.8: Yüksekliklere Göre Açık Hava Basıncı Çizelgesi………………. 59
Çizelge 4.9: Örnek 4.4’ün Verileri……………………………………………... 60
Çizelge 4.10: Farklı Yükseklikler İçin Kablo Akım Taşıma Kapasiteleri………. 61
Çizelge 4.11: Örnek 4.5’in Verileri…………………………………………… 62
Çizelge 4.12: Bazı Malzemeler İçin Solar Emiş Katsayıları [16]……………….. 63
Çizelge 4.13: Örnek 4.6’nın Verileri……………………………………………. 65
Çizelge 4.14: Rüzgâr Hızının Akım Taşıma Kapasitesine Etkileri…………… 66
Çizelge 4.15: Toprak Isıl Özdirencinin 1,0 K.m/W Olması Durumunda Farklı
Yüklenme Katsayılar İçin Karakteristik Çap dy Değerleri [21]... 70
Çizelge 4.16: Örnek 4.7’nin Verileri………………………………………….. 73
Çizelge 4.17: Toprakta Farklı Montaj Şekillerine Göre Kablo Akım Taşıma
Kapasiteleri……………………………………………………….. 75
Çizelge 4.18: Örnek 4.8’in Verileri…………………………………………....... 76
viii
Çizelge 4.19: Suda Farklı Montaj Şekillerine Göre Kablo Akım Taşıma
Kapasiteleri………………………………………………………. 76
Çizelge 5.1: Isıl Çevrim Deneyinin Birinci Kısmında Ölçülen Akım ve
Sıcaklıklar………………………………………………………… 80
Çizelge 5.2: Isıl Çevrim Deneyinin İkinci Kısmında Ölçülen Akım ve
Sıcaklıklar………………………………………………………… 82
Çizelge 5.3: Isıl Çevrim Deneyinin Üçüncü Kısmında Ölçülen Akım ve
Sıcaklıklar………………………………………………………. 83
Çizelge 5.4: Suda Isıl Çevrim Deneyinin Ölçülen Akım ve Sıcaklık Değerleri.. 85
ix
Description:Büyük enerji taşıma kablolarından, telekomünikasyon optik kablolarına kadar kV'a kadar dielektrik kayıpları ihmal edilebilir” bilgisine uyduğu için,
