Türkiye sınırları içerisinde kablo sektörü adına büyük bir adım oalrak görülen ilk 35kV XLPE (çapraz bağlı polietilen) kablo üretimi, Mudanya bölgesinde fabrikası bulunan Türk Prysmian Kablo tarafından 1975 yılında gerçekleştirilmiştir. Bahsi geçen XLPE kabloların üretildiği tarihten itibaren enerji iletimi ve dağıtımı aşamalarında gerçekleştirilen mühendislik, tasarım veya hesap eylemlerinin şekillenmesine etkili olmuştur. Günümüzde sıklıkla kullanılan O.G kabloların büyük bir çoğunluğu, XLPE izolasyonlu olarak kullanılıp belli başlı yönetmeliklerde O.G kablolarının uygulanmasına yönelik kural ve kriterleri belirlemiştir. Bu kriter ve koşullar teknik olarak bazen anlaşılması zor yönetmelikler olarak öne çıkmaktadır. Bu metin, O.G Kabloların akım taşıma kapasitesinin hesaplanması ve düzeltme şartları ile ilgili hangi ölçülerden yararlanabileceğinize ve kullanırken nelere dikkat etmeniz gerektiğinde dair açıklayıcı bir kaynak olacaktır.
Kabloların çalışma koşulları, kullanıldıkları alanların standartlarına göre farklılık gösterebilir.
Örnek vermek gerekirse eğer coğrafi olarak farklı noktalarda olan kablolarda ortam sıcaklığı ve toprağın ısıl öz direnci gibi değerler farklılık gösterdiğinden buna dikkat etmek zorunlu bir hale gelir. Bu akım değerinin hesaplanması esnasında, ortak parametrelerin dikkate alınması ve ortak bir ölçü olarak standartlardan faydalanılması kritik bir öneme sahiptir.
Orta Gerilim Nedir?
Dünya’da yer alan elektrik üretim santrallerinin büyük bir çoğunluğu barajlar iken, bir kısmı da rüzgâr enerjisiyle çalışan tesislerdir. Bunlara ek olarak da nükleer enerji santralleri de bulunmaktadır. Bu tesislerde üretilen enerjileri tüketilecek konumlara iletmek gerekmektedir. Özetle üretilen enerjiyi doğru bir biçimde iletmek gerekmektedir. Burada iletim için kullanılan şebekelere iletişim şebekeleri, dağıtımda kullanılan şebekelere de dağıtım şebekeleri ismi verilir.
Elektrik şebekeleri gerilimlere göre 4 sınıfa ayrılır;
Alçak gerilim şebekeleri (0-1 kV arası)
Orta gerilim şebekeleri (1 kV-35 kV arası)
Yüksek gerilim şebekeleri (35 kV-154 kV arası)
Çok yüksek gerilim şebekeleri (154 kV ve üzeri)
Kısacası 1000 volt ile 35000 volt arasındaki iletim değerine verilen isim orta gerilimdir.
Orta Gerilim kablosu nedir?
Şebeke ile trafo arasında enerji iletimi için kullanılan söz konusu kablolar farklı yapılarda iletkenler kullanılarak üretilmektedir. Gerilim değerine göre temelinde 1kV-35kV arasındaki değerlere uygun olan kablolara Orta Gerilim kablosu denir. Söz konusu kablolar tek damar, üç damar, zırhlı, PVC gibi farklı tiplerde üretilebilmektedir. En çok tercih edilen kablo türü ise XLPE türüdür.
IEC 60287 – “Kablolar – Akım değerlerinin hesaplanması”
Türkiye’de de uygulanmakta olan TS IEC 60287, anma gerilimi 5kV’a kadar doğru akım (DC) ve alternatif akım (AC) değerlerindeki kabloların, %100 yük faktörüyle birlikte akım taşıma kapasitesinin belli olmasında uyulacak olan prosedürleri ve problemleri tanımlayan uluslararası bir standart veya yönergedir.
Uyulması gereken bu standart, akım değerlerinin ve kayıpların hesaplanmasında gereken formülleri içermekte ve konuyu termal bir denklem olarak ele almaktadır. Bu nedenle, IEC 60287 standardını tekil olarak değerlendirmekten ziyade bu standardın alt bölümlerinden de yararlanılmasının şart olduğu akıllardan çıkarılmamalıdır. Nedeni ise her tekil bölümün kendi içerisinde farklı parametrelere ve koşullara göre farklı formül ve farklı yapılar içermesidir.
IEC’nin (International Electrotechnical Commission) www.iec.ch web sayfası kontrol edildiğinde, bu standardın 9 bölümden meydana geldiği görülmektedir.
Bunlar;
IEC 60287-1-1: Genel
IEC 60287-1-2: Düz formasyonda iki devre için girdap kılıflı akım kaybı faktörleri
IEC 60287-1-3: Paralel tek çekirdekli kablolar arasındaki akım paylaşımı ve dolaşımdaki akım kayıplarının hesaplanması
IEC 60287-2-1: Termal direnç – Termal direncin hesaplanması
IEC 60287-2-2: Güneş radyasyonundan korunan açık alanda bulunan kablo gruplarının azaltma faktörlerini hesaplamak için kullanılan yöntem
IEC 60287-2-3: Termal direnç – Havalandırmalı tünellere takılan kablolar
IEC 60287-3-1: Çalışma koşulları – Site referans koşulları
IEC 60287-3-2: Çalışma koşulları bölümleri – Güç kablosu boyutunun ekonomik optimizasyonu
IEC 60287-3-3: Çalışma koşulları bölümleri – Harici ısı kaynaklarını geçen kablolar
Akım taşıma kapasitesinin belirlenmesi esnasında, sistemin alternatif akım (AC) veya doğru akım (DC) olması, kablonun fiziksel yapısı nedeniyle sebep olabilecek kayıplar (ekran, zırh, izolasyon, iletken direnci, dielektrik** kayıpları vb.) ya da kurulum yöntemlerinden doğabilecek çevresel faktörlü termal kayıpların hesaplanması şarttır. Bu zararlar ısıya davetiye çıkarmakta ve kablonun akım taşıma kapasitesini negatif ölçüde etkileyip azaltmaktadır. Termal modellememizi incelediğimizde, önde gelen kayıpları aşağıda örneklemek gerekirse;
Bunlara ek olarak IEC 60287 standardının çalışma kriterleri ile ilgili hemen alt bölümde bulunan şema yardımcı olacaktır. Söz konusu şemada, akım taşıma kapasitesi hesabı adına kullanılacak olan formülün belirlenmesinde, standardın sistem ve kurulum üslubuna göre hangi parametreleri kullanmakta olduğu şema üzerinde gösterilmektedir.
Akım Taşıma Kapasitesi nedir? Kabloya olan etkileri nelerdir?
Üretimi gerçekleştirilen her kablo bir akım taşıma kapasitesiyle doğar. Kablonun kullanıldığı alanda bulunan akım değeri kablonun taşıyabileceği bir orandan yüksek bir değere sahipse bu kabloda bir ısı fazlalığı oluşturur. Bunu takip eden olaylar zincirinde kabloda meydana gelen ısı fazlalığı kabloyu eritir ve büyük tehlikelere yol açabilir. Kablo tercihi yapılırken, mevcut akım ve kablonun akım kapasitesinin birbirine uyumlu olması hayati bir öneme sahiptir.
HD 620 – “Ekstrüde edilmiş yalıtımlı dağıtım kabloları – 3,6/6 kV’tan 20,8/36 kV’a kadar”
Türkiye’de TS HD 620 S2 olarak yürürlükte bulunan bu standart, sistem gerilimi Um ’in en büyük etken değerini geçmeyen güç dağıtım sistemlerinde kullanılan ve beyan gerilimleri Uo/U(Um) 3,6/6(7,2) kV’tan 20,8/36(42) kV’a kadar olan, ekstrüzyon* işlemiyle yalıtılmış kabloları içermektedir. Bu standardın nihai amacı güvenliği direkt veya doğrudan olarak etkileyen kabloya ait kontrol edilmesi için gerekli olan yöntemleri belirtmektedir. HD 620 standardı, IEC 60287’den ayrı olarak, kablolara uygulanan deney yöntemleri sonuçlarına göre tespit edilen ortak tabloları kullanmaktadır. Söz konusu deney metotları, EN 60228, EN 60229, EN 60332-1-2, EN 60811, EN 60885-3, HD 605 ve HD 632 olarak belirtilmiştir. Kullanılmak ya da tasarlanmak istenen kablo parametreleri için HD 620 standardında bulunan tablolardan yararlanılır. Örnek vermek gerekirse ilk tablo yalıtım (izolasyon) ve dış kılıf bileşiklerinin tipleri ile ilgili olup aynı standardın “Çizelge 2.1.1-Yalıtım ve kılıf bileşikleri” başlığı altında listelenmiştir.
TS HD 620 S2 – Çizelge 2.1.1-Yalıtım ve kılıf bileşikleri
İçerik anlamında standardın sınırlarına dahil olan kablo sınıflandırması, ilk olarak kullanılacak olan yalıtım (izolasyon) tipi ve devamında dış kılıfta kullanılacak olan malzemenin özelliklerine göre uygulanmaktadır. Bu nedenle, bölüm ana başlıkları öncelikli olarak yalıtım malzemelerine uygun olarak şekillenmektedir fikri savunulabilir.
- HEPR yalıtımlı kablolar
- XLPE yalıtımlı kablolar
- EPR yalıtımlı kablolar
Bölüm 10- XLPE yalıtımlı tek damarlı, üç damarlı ve önceden bir araya getirilmiş tek damarlı kablolar
Kısım 10C: XLPE yalıtımlı, PE veya PVC kılıflı kablolar
Bu kısım HD 620 S1’deki Bölüm 5 kısım 5C ve Bölüm 6 Kısım 6C yerine geçer.
TS HD 620 S2 – Bölüm 10 – Kısım 10C: XLPE yalıtımlı, PE veya PVC kılıflı kablolar.
Tercih etmekte olduğumuz izolasyon ve dış kılıf yapısına göre standart, bizleri ile ilgili kablo detayları bölüm ve kısma yönlendirmektedir. Bu kısım içeriğinde; atıf yapılan standart ve belge detayları, genel tanım, tasarım özellikleri, deney özellikleri, kullanma kılavuzu, akım taşıma kapasiteleri ve yapı farklılıkları ile ilgili şemalar bulunmaktadır. Aynı zamanda tercih edilecek olan maddeler arasında kabloya ait “Kullanım kılavuzu” ve “Akım taşıma kapasitesi” tabloları bulunmaktadır. Bu tablolarda, kablonun zirve bükme çapında çalışma ısısına, toprakta veya havada izin verilen akım değerine kadar farklı detaylara erişim sağlanabilmektedir.
A.4.6 Tesis sırasında bükme yarıçapı
a) Tesis sırasında izin verilen bükme yarıçapı: 15D D = tek damarlı veya üç damarlı kablonun çapı), kablo sisteminin önceden bir araya getirilmiş kablo çapları için.
b) Bölüm 1, Ek A, Madde A.4.6 b)’ye göre izin verilebilir bükme yarı çapındaki azalma: en fazla %50
TS HD 620 S2 – Madde 4.6 – Tesis sırasında bükme yarıçapı
TS HD 620 S2 – Madde 6 Çizelge 9 – Topraktaki üç damarlı kablolarda beyan akım taşıma kapasitesi
IEC 60502 – “Kablolar – Beyan gerilimleri 1 kV’tan (Um=1,2 kV) 30 kV’a (Um=36 kV) kadar olan yalıtımı ekstrüzyonla çekilmiş güç kabloları ve bunların yardımcı donanımları”
Sözü geçen standart, dağıtım şebekeleri veya sanayi tesisleri gibi yerleşik tesisler için ekstrüzyonla çekilmiş katı yalıtımlı güç kablolarının üretimini, ölçülerini ve deney şartlarını kapsamaktadır. Türkiye’de de uygulanmakta olan bu standardın içeriğinde 3 farklı aşama bulunmaktadır. Sıralamak gerekirse;
IEC 60502-1 : Beyan gerilimleri 1 kV’tan (Um=1,2 kV) – 3 kV’a (Um=3,6 kV) kadar olan kablolar
IEC 60502-2 : Beyan gerilimleri 6 kV’tan (Um=7,2 kV) – 30 kV’a (Um=36 kV) kadar olan kablolar
IEC 60502-4 : Beyan gerilimleri 6 kV’tan (Um=7,2 kV) – 30 kV’a (Um=36 kV) kadar olan kabloların yardımcı donanımları için deney özellikleri
IEC 60502 serisi IEC 60287’den ayrışarak, daha fazla HD 620 standardı içeriğine benzer bir şekilde deney şartlarına göre hesaplanmış olan tablolardan yararlanmaktadır. Bu hesaplamalar ile ilgili imalat özellikleri ile kendine has yapısının veya parametrelerin uygunluğunun kontrole tabi tutulması için şart olan bilgiler detaylı olarak standartta yer almıştır. Bu standart farklı kullanım koşullarına ve farklı parametrelere göre uyulması gereken düzeltme katsayılarının uygulanmasını esas almaktadır.
Örnek vermek gerekirse; XLPE yalıtımlı, tek damarlı, beyan gerilimi 6/10 kV kablo için mevcut tabloda 25mm2 bir kablo için montaj koşulu olarak toprağa doğrudan gömülü olması durumunda, ortam ısı değeri 20°C iken havada montaj olması durumunda bu değer 30°C olarak esas alınmaktadır. Aynı şekilde uygulanacak olan montaj yönteminin de (yonca, bitişik ya da aralıklı) akım taşıma kapasitesi üzerinde etkisi olduğu tablo üzerinde detaylıca görülmektedir.
Çizelge B.2 – XLPE yalıtımlı tek damarlı kablolar için akım beyan değerleri – Beyan gerilimi 3,6/6 kV – 18/30 kV* – Bakır İletken
En büyük iletken sıcaklığı 90°C
Ortam hava sıcaklığı 30°C
Yer sıcaklığı 20°C
Serme derinliği 0,8°C
Toprağın ısı öz direnci 1,5 K.m/W
Toprak kanallarının ısıl öz direnci 1,2 K.m/W
Her iki uçta kuşaklanmış ekranlar
*Beyan gerilimi (Nominal Voltaj) 6/10 kV olan kablolar için hesaplanan akım beyanı değeri
TS IEC 60502-2 – Ek-B. Çizelge B.2
XLPE yalıtımlı tek damarlı kablolar için akım beyan değerleri – Beyan gerilimi 3,6/6 kV – 18/30 kV* – Bakır iletken
Örnek vermek gerekirse ortam ısısına ait parametre değerlerinin farklılaşmasında; aynı standardın Çizelge B.10 ya da Çizelge B.11 bölümlerinde yer alan düzeltme kat sayıları uygulanmaktadır.
IEC 60502 standardına dahil olan tablolar aracılığı ile uygun olan kablo kesit hesabı yapılırken dikkat edilmesi gereken en önemli husus, bir parametrenin değişmesi durumunda düzeltme faktörlerinin uygulanması gerektiğidir.
Herhangi bir durumda çalışma alanında ya da kabloda meydana gelen ısı artışı, kablonun akım taşıma kapasitesini olumsuz yönde etkilemektedir. Bu etkenlerin en önemlilerinden biri de hattaki kablo sayısıdır. Kullanılan kablo miktarı çoğaldıkça meydana gelen EMK (Elektromanyetik Kuvvet) nedeniyle, akım taşıma kapasitesi daha fazla olumsuz yönde etkilenecektir. Özellikle kablo sayısının fazla olduğu özel durumlarda kabloların birbirlerine olan mesafeleri, sistem sayısı, oluşabilecek en yüksek ortam ısısı, toprağa gömülü olarak uygulanacaksa toprak tipine göre (humuslu, nemli, kum, kayalık) termik direnç katsayısı gibi parametrelerin her biri hayati önem taşımaktadır. Bu şartlar dahilinde, kabloların faz sırası, dizilimi ve montaj tipi oldukça önemlidir. Kablolarda “Faz Sırası ve Kablo Dizilim Konfigürasyonları” ile ilgili detaylı bilgiye aşağıda yer alan link aracılığıyla ulaşabilirsiniz:
https://tr.prysmiangroup.com/tr/faz-sirasi-ve-kablo-dizilim-konfigurasyonlari
Söz konusu bu standartların ortak kümeleri, her ne kadar farklı yapılar üzerinden kablolar ile ilgili parametreleri belirlese de güvenli ve sağlam bir sistem yapısının varlığını, bu yapının uygulanmasında etkisi olan tüm fiziksel, çevresel veya uygulamaya yönelik olarak farklılaşan parametrelerin, kablo üzerindeki etkisinin doğru olarak aktarılmasını sağlamaktır.
* Ekstrüzyon, enine kesitsel bir profil nesneleri oluşturmak için kullanılan bir süreçtir. Bir malzeme, arzu edilen bir kesitin bir kalıbı boyunca itilir. Bu sürecin diğer imalat süreçleri üzerindeki iki ana avantajı, çok karmaşık enine kesit oluşturma yeteneği ve basınçlı ve kayma gerilmeleri ile karşılaşan materyallerin kırılgan olmasıdır.
** Dielektrik (Yalıtkan), bir elektrik akımı taşıyabilecek serbest elektronları olmayan, bir elektrik alanıyla kutuplanma özelliği taşıyan, elektrik iletkenliği sıfır veya çok zayıf olan cisim veya madde. Özdirençleri çok yüksek olduğundan, elektrik akımlarını ancak güçlükle geçirebilen maddeler için kullanılır.
Kaynak: Türk Prysmian Group
