Yüksek gerilim havai hatlarında oluşan buz yükünü çözen bir sistemin tasarımı ve uygulaması
System design and implementation to melt the ice occurring in high voltage aerial transmission lines
Yazar: BAHADIR AKBAL
Danışman: DOÇ. DR. MUSA AYDIN
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Elektrik enerjisinin iletiminde ve dağıtımında genellikle havai hatlar kullanıldığı için elektrik enerjisinin sürekliliğini sağlamada havai hat arızalarının en az seviyeye indirilmesi gerekir. Havai hatlar farklı çevresel etkenlerden dolayı arızalanmaktadır. Bu çevresel etkenlerden buz yükü, havai hatlarda büyük hasarlar meydana getirmektedir. Buz yükünün tespiti ve giderilmesi için kullanılacak olan yöntemlerin mevcut hatlarda büyük tadilatlar gerektirmemesi ve yeni hatlara da uyumlu olması gerekir. Bu tezde buz yükünün tespiti ve giderilmesi için laboratuvar şartlarında uygulamalar yapılmıştır. Öncelikle buz yükü oluşum şartlarını sağlamak için özel bir iklimlendirme kabin prototipi yapılmış ve buz yükü çalışmalarında kullanılmıştır. Buz yükü tespitinde yapılan çalışmalar incelendiğinde en uygun yöntemin görüntü işleme yöntemi olduğu tespit edilmiş ve bu tezde buzlu iletken kalınlığının tespitinde görüntü işleme teknikleri kullanılmıştır. Buz yükü genellikle soğuk ve aşırı nemli hava şartlarında oluşmaktadır. Gece hava sıcaklığı gündüze göre daha düşük olduğundan dolayı arızlanmaların gece olma olasılığı yüksektir. Bu yüzden görüntü işleme ile buz yükü tespit edililirken karanlık ve aşırı sisli durumlar göz önünde bulundurulmalıdır. Literatürde yeralan çalışmalarda karanlık ve sisli ortam şartları genelde ihmal edilmektedir. Bu tez çalışmasında kullanılan iklimlendirme kabini içerisindeki buzlu iletkenlerin görüntüleri bir dış ortam kamerası vasıtasıyla alınarak görüntü işleme yöntemleri ile buz kalınlığının tespiti yapılmıştır. Karanlık ve aşırı sisli ortamda görüntünün netliği düşük olduğundan buz kalınlığının belirlenmesi için eşik sayısının artırılması gerekir. Bu nedenle Çoklu Eşikleme Yöntemi kullanılmıştır. Ancak Çoklu Eşikleme Yönteminin algoritma hızı yüksek eşik sayılarında düşük olmasından dolayı algoritma hızını artırmak için yapay zekâ yöntemleri kullanılmıştır. Bu tez çalışmasında iki farklı Çoklu Eşikleme Yöntemi ile 5 farklı yapay zekâ yöntemi kullanılarak 10 farklı yöntem elde edilmiştir. Bu yöntemler arasında CSA-Otsu yöntemi en uygun sonuçları vermiştir. 20 eşikli CSA-Otsu yöntemi ile % 99,14 doğrulukla karanlık ve sisli ortam şartlarında buzlu iletken kalınlığı tespit edilmiştir. Literatürde buz yükünün giderilmesinde genellikle DC ya da AC akım kullanılmaktadır. DC yöntemin AC'ye göre daha az kaynak kapasitesine ihtyaç duymasından dolayı genellikle DC yöntem tercih edilmektedir. Fakat DC yöntem kullanıldığında kullanıcıların enerjisi kesilmektedir. Bu tez çalışmasında ise DC ile buz çözmek için özel bir buz çözme devresi oluşturulmuş ve uygulamaları yapılmıştır. Bu devre sayesinde buz eritme esnasında kullanıcıların enerjisinin kesilmesi ortadan kaldırılmıştır. Tasarlanan ve uygulaması gerçekleştirilrn bu devrenin denemelerini yapmak için bir 1000:1 ölçekli 154 kV iletim hattı modeli oluşturulumuş ve DC buz eritme sisteminin buz yüklü iletim hattına etkisi incelenmiştir. Yapılan deneyler sonunda DC buz çözme devresinin kaynak ve yük tarafındaki gerlim ve harmonikler üzerinde ciddi etkilerinin olmadığı görülmüştür.

Abstract:
Overhead lines are generally used for electric transmission and distribution. Thus, faults on overhead lines must be reduced to provide the continuity of electric energy supply. Faults on lines occur because of different environmental factors. Especially, significant faults occur on lines due to ice load. The methods which will be used for the detection and elimination of ice load must be compatible for the current and the new transmission lines. In this thesis, ice load detection and elimination studies are carried out. Primarily, the prototype of artificial climate cabinet is used to produce ice. It is seen in the literature that the most appropriate method to detect ice load is image processing. Hence image processing method is used in the studies. Ice load generally occurs under cold and heavy fog air conditions. Ice load faults generally occur at night because night temperatures are colder than daytime temperatures. Therefore, heavy fog air conditions at night time are considered to detect ice load. In this thesis, image of the iced conductors is taken by an outdoor camera in the climate cabinet. Detection of the thickness of the iced conductor is difficult under dark and heavy fog conditions because of low image contrast. Under such conditions, threshold levels should be increased. In the thesis, multilevel threshold methods are used to increase threshold level. But computational time of these methods increases at high threshold levels. Optimization methods are used to decrease the computational time. Two different multilevel threshold methods and five different artificial intelligence methods are used together. Namely, ten different methods are used to find optimum threshold level. Accuracy rate of 20-level CSA-Otsu method is found to be better than accuracy rate of the other methods. Therefore, CSA-Otsu Method is suggested to detect ice load in this thesis. DC and AC ice melting circuits are used to eliminate ice load in the literature. DC method has been preferred to melt ice load currently. But Electric energy of the customer is interrupted when DC method is used to melt the ice load. In the studies, a novel DC ice melting circuit is designed and used. The prototype transmission line is used to test this circuit. The harmonic effect of DC ice load melting system on the transmission line model is studied. As a result of the tests, it is observed sending- and receiving-ends of the transmission line are not seriously influenced by the DC melting circuit, and the customer energy is not interrupted during ice melting thanks to this novel DC ice melting circuit.