Havai güç hatlarının etrafındaki elektromanyetik alanlardan enerji hasadı
Energy harvesting from electromagnetic fields around overhead power lines
Yazar: MAHMUT KABAKULAK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SERDAL ARSLAN
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektromanyetik alanlar = Electromagnetic fields

Özet:
Gelişen teknoloji ile çok düşük güçlerde (miliwatt) çalışabilen sensörler gün geçtikçe artmaktadır. Sensörler yardımıyla iletim hatlarında ölçme, takip ve uyarı işlemleri kolaylıkla yapılabilmektedir. Günümüzde bu küçük güçlü sensörlerin çalışabilmesi için gerekli olan enerji güneş, rüzgâr enerjisi gibi sistemlerle sağlanabilmektedir. Bu sistemler olumsuz çevresel koşullardan çok fazla etkilenip ek bakım masraflarına yol açmaktadır. İletim hatları etrafındaki manyetik alanlardan enerji hasatlaması yöntemi ile olumsuz çevresel koşullarının etkileri en aza indirilebilir. Elektromanyetik alan enerji hasatlayıcıları, iletim hattının pirmer sargı ve hasatlayıcı üzerindeki sargıların ise sekonder sargıları olduğu iki parçalı transformatör gibi düşünülebilir. Verimin oldukça düşük olduğu bu sistemlerde iletim hattı üzerine yerleştirilebilecek boyutlardaki hasatlayıcılardan miliwatt seviyelerinde enerji elde edilebilmektedir. Bu seviyedeki enerji ile birçok sensörü çalıştırmak mümkündür. Böylece iletim hatlarından veri eldesine imkân sağlanır.
Bu tez çalışmasında iletim hatlarından veri elde etmeye yönelik hasatlayıcılar, sensör ve veri toplama kartı tasarlanmış ve testleri gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda; üç farklı nüve geometrisine sahip hasatlayıcıların sayısal analizleri Ansys Maxwell yazılımı ile yapılmıştır. Daha sonra laboratuvarda yapılan ön testlerle hasatlayıcıların farklı hat akımlarında hasatladığı gerilim ve güç ölçülmüştür. Analiz sonuçları ve ön test sonuçları incelenerek yüksek akımın olduğu havai iletim hatlarında kullanılması uygun geometrik yapının (çift C) modeli olabileceği tespit edilmiştir.
Endüstriyel testinde kullanılmak üzere; hava sıcaklığı, nem, basınç, yükseklik, hava kalitesi ve trafo sıcaklığı ölçümü yapabilen ve bu verileri RF verici ile uzak mesafeye iletebilecek bir devre tasarlanmıştır. Veri toplama kartına gelen veriler; bilgisayar ara yüz programı ile belirli periyotlarda kaydedilebilmekte ve verilerin zamana göre grafikleri elde edilebilmektedir. Bu devrenin enerjisi elektromanyetik alandan hasatlanan enerji ile karşılamaktır. Endüstriyel testi bir dağıtım transformatörü üzerinde yapılmıştır. Endüstriyel testinde transformatör besleme hattına monte edilen hasatlayıcı, sensör devresini besleyen bataryayı yeteri bir güçte şarj edip sistemin normal bir şekilde çalışması sağlamıştır.

Abstract:
With the developing technology, sensörs that can operate at very low powers (milliwatts) are increasing day by day. With the help of sensörs, measurement, monitoring and warning operations can be performed easily on the transmission lines. Today, the energy required for the operation of these small powerful sensörs can be supplied by solar, wind energy systems. These systems are greatly affected by adverse environmental conditions, leading to additional maintenance costs. The effects of adverse environmental conditions can be minimized by energy harvesting from magnetic fields around the transmission lines. Electromagnetic field energy harvesters can be thought of as two-part transformers where the transmission line is the pirmer winding and the windings on the harvester are secondary windings. In these systems where the efficiency is very low, the millwatt levels of energy can be obtained from the harvesters of sizes that can be placed on the transmission line. With this level of energy it is possible to operate many sensörs. Thus, it is possible to obtain data from transmission lines.
In this thesis, harvesters, sensörs and data acquisition cards were designed and tested to obtain data from transmission lines. In this context; Numerical analyzes of harvesters with three different core geometries were performed with Ansys Maxwell software. Then the voltage and power harvested by the harvesters at different line currents were measured with pre-tests in the laboratory. Analysis results and pre-test results were examined and it was determined that the geometric structure (double C) model suitable for use in overhead transmission lines with high current could be used.
To be used in field testing; A circuit is designed to measure air temperature, humidity, pressure, altitude, air quality and transformer temperature and to transmit this data to the remote distance with RF transmitter. Data received on the data collection card; computer interface program can be recorded at certain periods and time-based graphs of the data can be obtained. The energy of this circuit is to meet the energy harvested from the electromagnetic field. The field test was carried out on a distribution transformer. In the field test, the harvester mounted on the transformer supply line has charged the battery supplying the sensör circuit with sufficient power to ensure normal operation of the system.