154 kV Çift Devre Pilon Direkli Havai İletim Hatlarında Farklı Noktalara Yıldırımın Düşmesi Durumunda Direkler Üzerindeki Aşırı Gerilim Etkisinin İncelenmesi

Abstract

Yıldırım çarpmaları, elektrik güç sistemlerinde önemli hasarlara yol açmaktadır. Yüksek gerilim direkleri ve transformatörleri, bu tür etkilerden korunmak amacıyla koruma topraklaması ile donatılmaktadır. Havai iletim hatlarında yıldırım genellikle koruma iletkenine ya da direğe isabet eder. İletim hattı yıldırım darbesinden etkilendiğinde, yıldırımdan kaynaklanan akım direğin topraklama sistemi üzerinden toprağa ulaşır. Ancak bu durumda direk üzerinde bulunan topraklama direnci sebebiyle yüksek gerilimlerin oluşması durumu ortaya çıkmaktadır. Eğer bu gerilim seviyesi, izolatörlerin darbe gerilim dayanımını aşarsa izolatörlerin zarar görmesi kaçınılmazdır. Bu yüzden yüksek gerilim iletim hatlarında direk topraklama direncinin doğru bir şekilde belirlenmesi hayati önem taşır. Türkiye'deki 154 kV enerji nakil hatlarında sıkça kullanılan pilon direkli iletim hatlarına yıldırım çarpması durumunda koruma iletkeni ve taşıyıcı direkte oluşabilecek aşırı gerilimler Alternative Transients Program (ATP) yazılımı aracılığıyla incelenmiştir. Yapılan çalışmada pilon direk üniform olmayan bir şekilde modellenmiştir. Yıldırım akımının dalga şekli, 1.2/50 µs'lik bir darbe ile Heidler fonksiyonu yardımıyla temsil edilmiştir.

Keywords

• Alternatif Transient Program (ATP)
• Direk Toprak Direnci;
• Havai İletim Hatları;

Investigation of Overvoltage Effects on Poles in Case of Lightning Striking Different Points in 154 kV Double Circuit Pylon Overhead Transmission Lines

Abstract

Lightning strikes cause significant damage to electrical power systems. High voltage poles and transformers are equipped with protective earthing to protect them from such effects. In overhead transmission lines, lightning usually strikes the protective conductor or the pole. When the transmission line is affected by the lightning strike, the lightning-induced current reaches the ground through the grounding system of the pole. However, in this case, high voltages are generated due to the grounding resistance on the pole. If this voltage level exceeds the impulse voltage resistance of the insulators, damage to the insulators is inevitable. Therefore, it is vital to accurately determine the pole grounding resistance in high voltage transmission lines. The overvoltages that may occur in the protection conductor and the carrier pole in case of lightning strikes on transmission lines with pylon poles, which are frequently used in 154 kV power transmission lines in Turkey, were investigated using Alternative Transients Program (ATP) software. In the study, the pylon pole is modelled non-uniformly. The waveform of the lightning current is represented by the Heidler function with a pulse of 1.2/50 µs.

Keywords

• Alternative Transient Program (ATP);
• Tower Earth Resistance;
• Overhead Transmission Line;

References

1. [1] U. J. Minnaar, C. T. Gaunt, and F. Nicolls, “Characterisation of power system events on South African transmission power lines,” Electr. Power Syst. Res., vol. 88, no. July 2012, pp. 25–32, 2012, doi: 10.1016/j.epsr.2012.01.015.
2. [2] Özkaya M, “Aşırı Gerilimler ve Aşırı Gerilimlere Karşı Koruma, Yüksek Gerilimlerin Üretilmesi, Yüksek Gerilimlerin Ölçülmesi,” in Yüksek Gerilim Tekniği Cilt 2, 1996, p. 34.
3. [3] Y. Olu, U. M. U. Genellikle, N. E. Ve, S. Edeb, Y. Enerj, and S. Etmes, “Yıldırım Ve Aşırı Gerilimlerin Yüksek Gerilim Hatlarına Etkileri-Direklerin Topraklama Direnci İle izolatörlerin Atlama Gerilimi İlişkisi – Eklatörlerinin Etkin (!) liği,” pp. 15–20, 2015.
4. [4] A. Kaygusuz, M. S. Mamiş, and E. Akin, “s-DOMAIN ANALYSIS OF LIGHTNING SURGES ON TRANSMISSION TOWERS s -DOMAIN ANALYSIS OF LIGHTNING SURGES ON TRANSMISSION TOWERS,” no. May, 2002.
5. [5] Beaty HW, Standart Handbook for Electrical Engineers, New York: McgrawHill Professional. 2006.
6. [6] T. Ueda, T. Ito, H. Watanabe, T. Funabashi, and A. Ametani, “A Comparison between two tower models for lightning surge analysis of 77 kV system,” PowerCon 2000 - 2000 Int. Conf. Power Syst. Technol. Proc., vol. 1, pp. 433–437, 2000, doi: 10.1109/ICPST.2000.900096.
7. [7] M. ŞEKER and M. ÇIKAN, “ATP-EMTP Kullanılarak 154 kV Çatal Pilon Direkli Havai İletim Hatları için Direk Topraklama Direncinin Yıldırım Aşırı Gerilimine Etkisinin İncelenmesi,” Iğdır Üniversitesi Fen Bilim. Enstitüsü Derg., vol. 9, no. 4, pp. 1989–2001, 2019, doi: 10.21597/jist.549039.
8. [8] H. W. Dommel, “Electromagnetic Transients in Single- and Multiphase Networks,” IEEE Trans. Power Appar. Syst., vol. PAS-88, no. 4, pp. 388–399, 1969, doi: 10.1109/TPAS.1969.292459.

9. [9] Dommel HW, “EMTP Theory Book, Bonneville Power Administration, Conversion into Electronic Format by Canadian/Amerıcan EMTP user Group,” 1995.
10. [10] O. PH, “Alternative Transient Program: Comparison of Transmission Line Models, Revista Latinoamericana del ATP,” pp. 1–5, 1999.
11. [11] A. S. H. Hamza and N. M. K. Abdel-Gawad, “Digital computer studies of the surge response of a transmission line tower,” Energy Convers. Manag., vol. 35, no. 12, pp. 1097–1105, 1994, doi: 10.1016/0196-8904(94)90013-2.
12. [12] K. . Chislom, W.A., Chow Y.L., Strivastova, “Lightning Surge Responce of Transmission Towers,” pp. 3232–3242, 1991.
13. [13] ve diğ Ishii, M., “Multistory Transmission Tower Model for Lightning Surge Analysis,” pp. 1327–1335, 1991.
14. [14] TEIAS, “TEIAS Annual Report 2017,” pp. 35–36, 2017, [Online]. Available: https://www.teias.gov.tr/sites/default/files/2018-06/2017 TEİAŞ Faaliyet Raporu.pdf
15. [15] A. Çİfcİ, E. Altundağ, Ö. Bulut, and H. H. Uysal, “Burdur İli Elektrik Dağıtım Şebekesinde Meydana G elen Arızalara Genel Bir Bakış ve Çözüm Önerileri a A General Overview of Failures Taken Place in Electrical Distribution Network of Burdur Province and Solution Suggestions,” vol. 55, no. 1, pp. 44–55, 2017.
16. [16] Uman MA, “All About Lightning. Toronto: Dower Publication,” 1986.
17. [17] A. Ametani and T. Kawamura, “A method of a lightning surge analysis recommended in Japan using EMTP,” IEEE Trans. Power Deliv., vol. 20, no. 2 I, pp. 867–875, 2005, doi: 10.1109/TPWRD.2004.839183.
18. [18] Bewly BV, “Travelling Waves on Transmission Systems, New York Dover,” 1963.
19. [19] J. B. Shaida N, “Lightning Simulation Study on Line Surge Arresters and Protection Design of Simple Structures, Degree Of Master Of Engineering (Electric – Power) Faculty of Electrical Engineering University Technology,” 2008.