Yıldırım elektromanyetik darbelerinin  yüksek gerilim elektrik tesisleri üzerindeki etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of lightning electromagnetic structures on high voltage electrical facilities
Yazar: TURAN ÇAKIL
Danışman: PROF. DR. ŞÜKRÜ ÖZEN
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Alçak enerji sistemleri = Low energy systems ; Alçak gerilim = Low voltage ; Alçak gerilim hatları = Low voltage lines ; Elektrik güç sistemleri = Electric power systems ; Elektromanyetik alanlar = Electromagnetic fields ; Elektromanyetik dalgalar = Electromagnetic waves ; Elektromanyetik darbeler = Electromagnetic pulses ; Yüksek gerilim = High voltage ; Yüksek gerilim hatları = High voltage lines ; Yüksek gerilim sistemleri = High voltage systems

Özet:
Tüm Dünyada ve Türkiye'de enerji sisteminin beyni üretimden tüketime giden süreçte Yüksek Gerilim enerji tesisleridir. Yıldırım elektromanyetik darbeleri (YEMD) kaynaklı harmonikler ve arızalar yüksek gerilim sisteminin tümünde büyük zararlara sebebiyet vermekte ve aynı zamanda oluşan kalıcı arızalardan ötürü enerji tüketiminde aksamalara neden olmaktadır. Bu arızaların önüne geçmek için önleyici tedbir olarak ilk etapta Yüksek Gerilim (YG) sistemlerinin, diğer benzetim programları ile modellenip analiz edilmiş ve bu analiz sonuçlarına göre alınabilecek tedbirler araştırılmıştır.
Bu temelde, tez çalışması MATLAB ile enerji iletim hatlarında ve bu hatlarla ilişkili tesislerde YEMD kaynaklı oluşabilecek elektriksel arızaların analizi ve etkilerinin minimize edilmesi amaçlanmıştır. Bu konuda uluslararası literatürde çok az sayıda çalışma yer almakta olup, ulusal düzeyde önerilen kapsamda yapılmış detaylı bir araştırma bulunmamaktadır. Yapılan çalışmalarda analitik ve analitik yöntemler tekil olarak kullanılmış olup, reel hat verilerine dayanan model ve benzetim çalışmaları yetersizdir. Tez çalışmasında MATLAB, EMTP gibi diğer benzetim programları ile gerçek zamanlı transient analizlerin yapılmış olması çalışmanın özgün değerini oluşturmuştur. Çalışma sayesinde daha basit ve pratik bir matematiksel modelleme geliştirilmeye çalışılmış, elde edilen yazılımlar ile ulusal şebekede YEMD kaynaklı arızaların çözümüne önemli derecede kolaylık sağlanmıştır. Elde edilen matematiksel model ve blok modelleri bu alanda yürütülecek ileri araştırmalara ışık tutacak olmakla birlikte, çalışma sonuçlarının uluslararası literatürde yer alması bakımından da bir yenilik olarak görülmektedir. Ayrıca YEMD analizi sonucu elde edilen benzetim modellerinin gelişmekte olan akıllı şebeke çalışmalarına da katkı sağlayacağı beklenmektedir.
Çalışmada, ülkemizde ulusal enerji ağında kullanılan enerji nakil hatları incelenmiştir. Bu incelemeler yapılırken Türkiye Elektrik İletim A.Ş (TEİAŞ) den temin edilen veriler temel alınmıştır. YEMD matematiksel modelleri oluşturularak enerji iletim hatlarında ve yüksek gerilim şalt tesislerinde YEMD sonucu oluşabilecek aşırı akım ve gerilimlerin kolayca hesaplanması sağlanmıştır. EMTP-ATP programı ile de ulusal enerji hat şemaları göz önüne alınarak modellenen YG sistemi ise benzetim analizleri olarak gerçekleştirilmiştir. Bu analitik ve benzetim çözümlemelerinde, hattın tipine, iletken kesitine ve hattın geçtiği bölgedeki şartlar da göz önüne alınmıştır. Bu analizler gerçekleştirilirken, iletkenlerin çapı, hat yükü, iletkenlerin akım taşıma kapasitesi, gerilim seviyesi, hattın geçtiği bölgenin yapısı, direklerin ve şalt sahasının topraklaması gibi birçok parametreye bağlıdır. Bütün dünyada YEMD kaynaklı arızaların engellenmesi için yapılan çalışmaların son zamanlarda artması, enerji nakil hatları kaynaklı arızaların belirlenmesine dönük çalışmaları da hızlandırmıştır. Ayrıca enerji nakil hatları ile ilgili olarak akıllı sistemlerin kullanılması temeline dayanan çok az sayıda çalışma bulunmakta olup, bu çalışmalar daha çok enerji kalitesi ve harmoniklerin (FFT) analizi gibi konularda yoğunlaşmıştır. Tez çalışmasında enerji nakil hatlarında oluşabilecek hata analizleri yapılmış, sonuçlar analitik hesaplar ile karşılaştırılmıştır.
Bu şekilde daha basit ve pratik bir matematiksel modelleme geliştirilmeye çalışılacak, elde edilecek yazılımlar ile ulusal şebekede YEMD kaynaklı arızaların çözümüne önemli derecede kolaylık sağlanması hedeflenmiştir.

Abstract:
High Voltage energy installations in the process of consuming the energy system in the whole world and Turkey from the production of the brain. Harmonics and failures originating from lightning electromagnetic pulses (LEMP) cause large losses in the whole of the high voltage system and cause disruption in energy consumption due to permanent failures at the same time. As a precautionary measure to avoid these failures, it is aimed to model and analyse High Voltage (HV) systems with MATLAB and other simulation programs in the first place and to define correct measures according to these analysis results.
On this basis, it is aimed to minimize the analysis and effects of electrical failures, which may occur due to LEMP in the thesis study and in energy transmission lines and related facilities. There are few studies in the international literature and there is no detailed research on the national level. Analytical and numerical methods are used singularly in the studies that are done; model and simulation studies based on real line data are insufficient. In the thesis study, real-time transient analysis with other simulation programs such as MATLAB, EMTP has created the original value of the study. Through the study, a simpler and more practical mathematical modelling has been tried to be developed, and with the obtained software, the solution of the failures originating from the YEMD in the national network has been facilitated considerably. The mathematical model and block models obtained will be shed light on the future research that will be carried out in this area and it is seen as an innovation in terms of the fact that the study results are included in the international literature. Moreover, it is expected that the simulation models obtained because of LEMP analysis will also contribute to the development of smart grid.
In the study, the energy transmission lines used in the national energy network are examined in our country. When these examinations are made, the data to be supplied by Turkish Electricity Transmission Company (TEIAS) is taken as basis. Mathematical modelling of LEMP was created in MATLAB environment and it was possible to easily calculate the over currents and voltages that could occur in LEMP results in energy transmission lines and high voltage switchgear installations. With the EMTP-ATP program, the HV system modelled by taking into account the national energy line schemes was implemented as a simulation analysis. In these analytical and simulation solutions, the type of the line, the cross-section of the conductor and the conditions in the region where the line passes are taken into consideration. These analyses depend on many parameters such as the diameter of the conductors, the line load, the current carrying capacity of the conductors, the voltage level, the structure of the line the line passes through, and the grounding of the poles and switchgear. The recent increase in work done to prevent failures originating from LEMP in all over the world has also accelerated the work towards determining failures originating from energy transmission lines. In addition, there are very few studies based on the use of intelligent systems for energy transmission lines, and these studies are more focused on such issues as the analysis of energy quality and harmonics (FFT). In the thesis study, error analysis, which can occur in energy transmission lines, was made and results were compared with analytical calculations.
In this way, it is aimed to provide a simpler and more practical mathematical modelling with considerable ease in solving the failures originating from LEMP in the national network with the software to be obtained.