Yüksek gerilim yer altı kablolarının ısıl analizi
Thermal analyses of high voltage underground cables
Yazar: BARIŞ KÜÇÜKAYDIN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. OKTAY ARIKAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Yer altı kabloları = Underground cables

Özet:
Yüksek gerilim yer altı kablolarının akım taşıma kapasiteleri ısıl analizleri gerçekleştirilerek hesaplanmaktadır. Isıl analizlerde kablo yalıtkanı için izin verilen en yüksek sıcaklık değerinde taşınan akımın değeri belirlenmektedir. Bu tez çalışmasında, yüksek gerilim yer altı kablolarının farklı ortam koşulları ve farklı döşeme koşulları için sonlu elemanlar yöntemi ile ısıl analizleri gerçekleştirilmiş ve akım taşıma kapasiteleri hesaplanmıştır. İncelenen yüksek gerilim yer altı kablo sisteminin yatak malzemesinin ısıl iletkenliği, toprak yüzeyi sıcaklığı, kabloların gömülme derinliği, konvektif ısı transfer katsayısı, toprağın ısıl iletkenliği, boru çapı ve boru et kalınlığı gibi parametrelerin farklı değer aralıkları için ısıl analizleri gerçekleştirilip, iletkendeki hacimsel ısı üretimine bağlı olarak akım taşıma kapasitesi hesaplanmıştır. Borulu ve borusuz döşeme koşulları için bakır, alüminyum ve yapı çeliğinden yapılan yatay, ters-U ve kapalı ekran tiplerinin kablo sıcaklığı üzerindeki etkileri farklı ekran kalınlıkları ve farklı ekran kablo arası uzaklıkları için belirlenmiş ve akım taşıma kapasitesi değerleri bu koşullara göre yeniden hesaplanmıştır. IEC-60287 standardı ve sonlu elemanlar yöntemi ile farklı kablolar arası açıklık ve farklı yatak malzemesi ısıl iletkenlik değerleri için akım taşıma kapasitesi analizleri, dielektrik ve kılıf kayıpları da dikkate alınarak gerçekleştirilmiş ve yatak malzemesi kullanıldığında iki yöntem arasında önemli farkların oluşabileceği ortaya konulmuştur. Sonuç bölümünde, yüksek gerilim yer altı kablo sistemi için incelenen döşeme koşulları ve ortam parametreleri değerlendirilip, analizlerden elde edilen sonuçlar verilerek, yer altı kablolarının ısıl analizleri ile ilgili öneriler getirilmiştir.

Abstract:
Current carrying capacities of high voltage underground cables are calculated by performing thermal analyses. In thermal analyses, carried current value at the highest allowed temperature for the cable insulation is determined. In this thesis, the thermal analyses of high voltage underground cables are realized by finite element method and current carrying capacities are calculated for different ambient conditions and installation formats. Thermal analyses are performed for different ranges of parameters as the thermal conductivity of bedding material, the temperature of ground surface, the burial depth of cables, the convective heat transfer coefficient, soil thermal conductivity, pipe diameter and pipe wall thickness, later current carrying capacity is calculated according to the volumetric heat generation in the conductor. The effects of the types of screens as horizontal, reverse-U and closed that are made of copper, aluminum and structural steel on cable temperature are determined for different screen thicknesses and different distances between cable and screen in the cases of direct-buried and with pipe. And current carrying capacity values are calculated again in accordance with such conditions. Ampacity analyses are performed with IEC-60287 standard and finite element method for different clearances between cables and different thermal conductivity values of bedding material. In the case of using bedding material, significant differences that can be occurred between the two methods is observed. In the results chapter, analyzed laying conditions and ambient parameters for high voltage underground cable system are evaluated and the obtained results are given with offering suggestions.