Uzun OG Kablolarındaki Gizli Tehlike: Kapasitif Etki, Ferranti Olayı ve Şönt Kompanzasyon

Yeraltı Kabloları Neden Masum Değildir?

Modern enerji iletiminde, özellikle çevresel etki ve şehir estetiği nedeniyle, Enerji Nakil Hatları (ENH) yerine yeraltı OG (Orta Gerilim) kablolarının kullanımı hızla artmaktadır. Rüzgar türbinlerini trafo merkezine bağlayan kilometrelerce uzunluktaki yeraltı kabloları veya büyük bir endüstriyel tesisi ana dağıtım noktasına taşıyan hatlar buna en iyi örneklerdir.

Ancak yeraltı kabloları, havai hatlardan farklı bir fiziksel yapıya sahiptir. Bu yapı, özellikle hat uzunluğu arttıkça, şebeke kararlılığını ve ekipman sağlığını tehdit eden kapasitif etki adı verilen bir olguyu beraberinde getirir.

Bu makalede, bu kapasitif etkinin ne olduğunu, nasıl hesaplandığını ve en önemlisi, Ferranti Etkisi gibi tehlikeli sonuçlara yol açmadan nasıl giderilmesi gerektiğini teknik detaylarıyla inceleyeceğiz.

1. Kablo Neden Dev Bir Kapasitördür?

Bir yeraltı kablosu, fiziksel olarak dev bir koaksiyel kapasitördür:

  1. İletken (Core): Birinci plaka.

  2. Metalik Kılıf/Ekran (Sheath/Screen): İkinci plaka (genellikle topraklanır).

  3. İzolasyon (XLPE, EPR vb.): İki plaka arasındaki dielektrik malzeme.

Havai hatlarda iletkenler arasındaki mesafe metrelerle ölçülürken ve aradaki dielektrik malzeme "hava" iken, yeraltı kablolarında bu mesafe milimetrelerle ölçülür ve aradaki izolasyon malzemesinin dielektrik sabiti havanınkinden çok daha yüksektir.

Sonuç? Yeraltı kablolarının kapasitansı (C), aynı uzunluktaki havai hatlara göre 20 ila 40 kat daha fazla olabilir.

2. Kapasitif Etkinin İki Tehlikeli Sonucu

Bu yüksek kapasitans (C), sistemde iki temel soruna yol açar:

a) Kapasitif Şarj Akımı (Charging Current):

Kablo, bir yük bağlı olmasa bile, bu kapasitör yapısını "şarj etmek" için şebekeden sürekli bir akım çeker. Bu akıma "şarj akımı" (I_c) denir. Bu akım, kablonun kendi termal (akım taşıma) kapasitesini işgal eder. Çok uzun hatlarda, kablonun tüm kapasitesi sadece kendi şarj akımını taşımak için harcanabilir ve yüke akım kalmayabilir.

b) Ferranti Etkisi (Aşırı Gerilim Tehlikesi):

Kapasitif etkinin en tehlikeli sonucu budur. Özellikle hattın yüksüz veya çok düşük yükte olduğu durumlarda (örn: gece saatleri, tesisin devrede olmadığı anlar), kapasitif şarj akımı (I_c), hattın endüktansı (L) üzerinde bir gerilim düşümüne neden olur.

Bu etki, hattın alıcı ucundaki gerilimin (V_alıcı), gönderici (kaynak) ucundaki gerilimden (V_kaynak) DAHA YÜKSEK olmasına neden olur.

V_alıcı > V_kaynak

Bu kontrolsüz gerilim artışı; trafoların, hücrelerin ve hatta bağlı yüklerin izolasyon seviyelerini aşarak ekipman arızalarına, izolasyon delinmelerine ve kalıcı hasarlara yol açar.

3. Hesaplama: Riskin Boyutunu Nasıl Biliyoruz?

Kapasitif etki bir tahmin değil, net bir hesaptır. Üretilecek kapasitif reaktif güç (Q_c) ve şarj akımı (I_c), kablonun temel parametreleri kullanılarak hesaplanır:

  • Kapasitans Değeri (C): Kablo üreticisinin katalogunda ($\mu$F/km veya nF/km cinsinden) verilir.

  • Hat Uzunluğu (L): Kilometre cinsinden.

  • Sistem Gerilimi (V) ve Frekansı (f): (örn: 34.5 kV, 50 Hz).

Kapasitif Reaktif Güç: Q_c = V^2 . (2 .pi. f. C x L) (VAr)

Şarj Akımı: I_c = V . (2. pi. f. C. L) (Amper)

Aybem Enerji olarak biz, ETAP gibi güç sistemleri analiz yazılımlarını kullanarak bu hesaplamaları yapar ve hattın yük senaryolarına göre Ferranti etkisinin hangi seviyede kritikleşeceğini simüle ederiz.

4. Giderme Yöntemleri: Şönt Reaktörler

Kapasitif etkinin (aşırı gerilim ve reaktif güç üretimi) tek bir pratik çözümü vardır: Şönt Reaktörler (Shunt Reactors).

  • Şönt Reaktör Nedir? Bunlar, sisteme paralel (şönt) bağlanan, kontrollü bir endüktif yük görevi gören büyük bobinlerdir (reaktör).

  • Nasıl Çalışır? Yeraltı kablosu kapasitif reaktif güç "üretir". Şönt reaktör ise endüktif reaktif güç "tüketir".

  • Çözüm: Kablonun ürettiği kapasitif gücü "emmek" veya "nötralize etmek" için sisteme uygun güçte bir şönt reaktör bağlanır. Bu endüktif yük, kapasitif etkiyi sönümler, şarj akımını dengeler ve en önemlisi Ferranti Etkisi kaynaklı aşırı gerilimi ortadan kaldırarak sistem gerilimini nominal seviyelerde tutar.

Bu reaktörler, hattın yük durumuna göre sabit (Fixed) olarak veya yük değişimlerine göre açılıp kapatılabilen (Switched) yapıda olabilir.

Sonuç: Kablo Döşemek Değil, Sistemi Tasarlamak

Uzun yeraltı OG hatları, basit bir "enerji taşıma" işinden çok, karmaşık bir "güç sistemi dinamiği" konusudur. Kapasitif etkiyi ve Ferranti riskini hesaplamadan döşenen uzun bir kablo, çalışmaya başladığı gün ciddi arızalara yol açabilecek bir saatli bombadır.

Aybem Enerji olarak biz, sadece kablo taahhüdü değil, aynı zamanda sistem analizi, arıza hesaplamaları ve şönt kompanzasyon (reaktör) çözümleriyle yatırımınızın şebeke ile kararlı, güvenli ve uzun ömürlü çalışmasını garanti altına alırız.

Yusuf TEKATLI

Kurucu, Elektrik-Elektronik Mühendisi

Aybem Enerji

Share