Rüzgar santrallerinde topraklama performanslarının iyileştirilmesi
Improvement of grounding performances in wind power plants
Yazar: MELİH GÜNERİ
Danışman: DOÇ. DR. BORA ALBOYACI
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Rüzgar santralleri genellikle rüzgar potansiyelinin yüksek olduğu dağlık ve kayalık bölgelerde kurulurlar. Bu bölgelerde toprak özgül dirençlerinin ve dolayısıyla türbin topraklama dirençlerinin yüksek olması sık karşılaşılan bir durumdur. Bir topraklama sisteminin sağlıklı çalışabilmesi için topraklama direncinin mümkün olduğunca düşük olması gerekir. Bu amaçla, rüzgar türbini topraklama sistemlerinin yatay topraklama iletkenleri üzerinden birbirleriyle irtibatlanması yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Bu yöntem güç frekansındaki toprak arıza akımları için etkili bir çözüm sunmaktadır. Ancak yıldırım darbeleri gibi yüksek frekanslı akımlarda, etkin uzunluk tabir edilen fenomen sebebiyle bu yöntemin etkisi oldukça sınırlı kalmaktadır. Rüzgar santrallerinin topraklama sistemleri, yatay topraklama iletkenleri haricinde bir de güç kablolarının ekranları üzerinden birbirlerine bağlanırlar. Ancak bu bağlantının etkisi genellikle ihmal edilir. Kablo ekranlarının yüksek frekans bölgesindeki topraklama etkisi ilgili literatürde yeterince detaylı olarak incelenmiş bir konu değildir. Bu tezin amacı literatürdeki bu eksikliğin giderilmesidir. Bu amaçla yüksek frekans bölgesinde sağlıklı çalışan kablo ve topraklama iletkeni modelleri geliştirilmiştir. Bu modeller kullanılarak benzetim çalışmaları yapılmış ve kablo ekranları ile yatay topraklama iletkenlerinin yıldırım darbesi durumundaki etkileşimleri incelenmiştir. Yapılan analizlerde, kablo ekranların yüksek frekans bölgesindeki impulsive topraklama empedansını düşürmede önemli rol oynadıkları ve bu etkinin ihmal edilemeyeceği gösterilmiştir.

Abstract:
Wind power plants are generally installed at mountainous and rocky areas, where wind potential is high. It is a common case that the ground resistivities and therefore grounding resistances turn out to be very high in such locations. In order to have a properly working grounding system, it is important to have a low grounding resistance as much as possible. In order to achieve that, it is a common practice to connect all turbine grounding systems through horizontal ground wires. This method provides an effective solution for power frequency ground currents in case of earth faults. But for high frequency currents, such as lightning incidences, this method has a very limited contribution because of the so called effective length phenomena. Grounding systems of wind turbines are connected to each other not only through horizontal ground wires, but also through the sheaths of power cables. But the effect of this connection is generally ignored. Grounding effect of cable sheaths in high frequency region has not been investigated in detail in related literature. Purpose of this thesis study is to cover this subject. In order to accomplish this task, cable and horizontal ground wire models for high frequency region has been developed. Using these models, simulations have been conducted to evaluate the interaction of cable sheaths and horizontal ground wires for lightning incidences. The study has proven that the cable sheaths play an important role for reducing the impulsive grounding impedance of a grounding system, and their effect should not be ignored.