Akıllı elektrik şebekeleri için iletim hatlarının dinamik olarak izlenmesi : prototip ölçüm cihazı tasarımı

Abstract

Nüfus artışı, sanayileşme ve teknolojide yaşanan hızlı gelişmeler elektrik enerjisine olan talebi arttırmaktadır. Enerji üretimi ve tüketiminin artması, bu sistemler arasında köprü görevi gören havai iletim hatlarının yoğun bir şekilde kullanılmasına sebep olmaktadır. Bununla birlikte artan yenilenebilir enerji sistemlerinin havai iletim hatlarına entegrasyonu hatların akım taşıma kapasitelerini zorlamaktadır. İletim hatlarında meydana gelebilecek aşırı yüklenme, çökme, kopma gibi ya da doğal afetlerce oluşan arıza durumlarının tespitinde yaşanan gecikmeler tüm enterkonnekte iletim yapısını etkileyebilir. Bunun yanında yeni iletim hatlarının inşa edilmesi ve mevcut sisteme entegrasyonu maliyet ve zaman açısından işletmeleri olumsuz etkilemektedir. Geleneksel şebeke yapılarında enerji iletim hatları statik olarak yapılan hesaplamalarla derecelendirilip kurulumları gerçekleştirilir. Akıllı Şebeke yapılarında “Dinamik Hat Derecelendirme” kavramı ortaya çıkmıştır. Dinamik hat derecelendirme teknolojileri ile iletim hatlarına ait kritik güzergâhlardaki çevresel değişkenler ve iletkenlerin elektriksel değerleri doğrudan ölçüm metotları ile gerçek zamanlı ölçülmektedir. Bu tez çalışmasında örnek bir havai iletim hattına ait iletken sıcaklığı, ortam sıcaklığı, taşınan akım miktarı ve iletkene etki eden rüzgâr hızı değerlerini gerçek zamanlı ölçen ve izleyen bir Dinamik Hat Derecelendirme Sistemi kurulmuştur. Bu kapsamda, öncelikle ilgili literatür taraması yapılarak termal akım taşıma kapasitesini hesaplayacak metodoloji belirlenmiştir. Buna göre ölçümü yapılacak değişkenler tespit edilip, sensörler için elektronik kart tasarımı gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan donanım modülü ile ölçülen veriler kablosuz haberleşme teknolojisi kullanılarak merkezi bir bilgisayara iletilmektedir. Yapılan çalışma sonucunda, donanım ve yazılımı ile birlikte uyumlu çalışan prototip bir cihaz üretilmiş ve örnek iletim hattına ait gerçek zamanlı akım taşıma kapasitesi (ampacity) belirlenmiştir.

Population growth, industrialization and rapid developments in technology increase the demand for electrical energy. The increase in energy production and consumption causes the intense use of overhead transmission lines, which act as a bridge between these systems. However, the integration of increasing renewable energy systems into overhead transmission lines forces the current carrying capacities of the lines. Delays in the detection of fault situations such as overload, collapse, rupture or natural disasters that may occur in transmission lines may affect the entire interconnected transmission structure. In addition, the construction of new transmission lines and their integration into the existing system negatively affect businesses in terms of cost and time. In traditional network structures, energy transmission lines are graded and installed with static calculations. The concept of Dynamic Line Rating has emerged in smart grid structures. With dynamic line rating technologies, environmental variables in critical routes of transmission lines and electrical values of conductors are measured in real time with direct measurement methods. In this thesis, a dynamic line rating system has been established that measures and monitors the conductor temperature, ambient temperature, amount of current and wind speed affecting the conductor in real time for a sample overhead transmission line. In this context, the methodology to calculate the thermal current carrying capacity was determined by first scanning the relevant literature. Accordingly, the variables to be measured were determined and the electronic board design was carried out for the sensors. The data measured with the designed hardware module is transmitted to a central computer using wireless communication technology. As a result of the study, a prototype device that works in harmony with its hardware and software was produced and the real-time current carrying capacity (ampacity) of the sample transmission line was determined.