Green Enerji

Akademi

#
KABLOLARDA İLETKEN KESİT HESABI

Elektrik enerjisi, üretildiği santrallerden ulaştırıldığı son noktalara kadar, çeşitli kesitlere ve gerilim seviyelerine sahip kablolar ile iletilir ve dağıtılır. Bu kabloların tipleri belirlenirken; hangi ortamlarda kullanılacağı, ne gibi dış etkilere maruz kalacağı, olası ortam şartlarına nasıl tepki vereceği gibi konular analiz edilerek bir karar verilmelidir.

Kablo tipini olası alternatiflerle belirledikten sonra, bu kablolarda kullanılacak olan iletkenin elektriksel kesiti (büyüklüğü) belirlenmelidir. Kablo kesit hesabı ise, en az kablo tipini belirlerken yapılacak analizler kadar detaylı ve dikkatli yapılmalıdır. Kablo kesiti hesabı konusundaki en önemli unsur güvenlik olmalıdır. Kablonun herhangi bir güvenlik problemi oluşturmadan görevini devam ettirebilmesi için, mevcut güç ve ileride sisteme eklenmesi olası güç analizleri doğru yapılmalıdır.

 İletkenin boyutları, iletkeni saran polimer malzemenin sınır değerlerini zorlamayacak ve üzerinden akacak olan akıma, uluslararası standartların belirlediği azami direnç değerlerinin üzerinde bir direnç göstermeyecek şekilde belirlenmelidir. Daha sonra, maliyet unsurları devreye girecektir. Sistemin güvenliğini sağlamak adına, fazla harcamalardan kaçınılmalıdır. Bunun yolu da maliyet-güvenlik optimizasyonu yaparak, en uygun iletken kesitini belirlemektir.

 

 

Güvenlik ve maliyet unsurları göz önünde bulundurulduğunda, kablo kesit hesabı yapılırken üç önemli parametre bulunmaktadır:

 

 

Akım taşıma kapasitesi, gerilim düşümü ve kısa devre akımı.

Akım Taşıma Kapasitesi: Tesis edilen veya edilecek kablonun temelde sıcaklık esasına dayanarak, hiçbir bileşeninin bozulmadan, güvenle kullanımına devam edilebileceği azami akım değeridir. Akım taşıma kapasitesinin, kablo kesitinin seçiminde doğrudan bir etkisi vardır.

Gerilim Düşümü: İletkenin kendi iç direncinden kaynaklanan kayıplardan dolayı gerilimin, kaynaktan yüke ulaşıncaya kadar geçen mesafede azalması durumudur. Taşıma mesafesi uzadıkça, bu kayıp artar ve iletken kesitin büyütülmesi gerekir.

Kısa Devre Akımı: Alternatif akım sistemlerinde zamana göre değişen bir parametre olup, kısa devrenin oluştuğu bölgede kısa devre süresi boyunca akan akım miktarıdır.

Bu üç parametreyi kullanarak, üç farklı kablo kesiti elde etmek mümkündür.

Burada yapılacak olan işlem, belirlenen bu üç kesit arasından en büyüğüne eş değer ya da en yakın üst bir kesit seçerek, güvenli ve ekonomik bir kablo iletken boyutu belirlemektir.

Bir örnek üzerinden iletken kesit hesabı yaptığımızı farz edelim: 200m uzaklıkta, etiketinde 235kW güç ve 1kV gerilim seviyesi yazan ve maksimum %3 gerilim düşümüne izin veren bir pompayı beslemek için 3 damarlı bir kablo tipi ve kesiti belirleyelim.

Bilinen değerler;

Güç: P=235kW

Gerilim: U=1kV

Güç Faktörü: cosφ=0,8

Uzaklık/Mesafe: L=200m

İzin Verilen Gerilim Düşümü: %e=%3

Bu bilinen parametreler doğrultusunda, aşağıdaki güç formülü ile bir akım değeri bulmamız mümkün;

Bulunan bu akım değerine göre kabloların iletken kesitlerini; PVC izolasyonlu kablo için 50mm2, XLPE izolasyonlu kablo için 35mm2 olarak belirleyebiliriz. (Bkz. Tablo:1)

 

Son olarak yapmamız gereken işlem, belirlediğimiz bu tiplerinin istenen maksimum yüzde gerilim düşümü hesabına uygunluğunu kontrol ettikten sonra, seçilen kesitinin değişip değişmeyeceğine karar vermek olacaktır. Gerilim düşümünü iki farklı izolasyon malzemesine sahip kablo için de hesaplayacak olursak;

Güç: P=235kW

Gerilim: U=1kV

Uzaklık/Mesafe: L=200m

İzin Verilen Gerilim Düşümü: %e=%3

İletkenlik Katsayısı: k(Cu)=56 m/Ωmm2

İletken Kesiti: SPVC=50mm2, SXLPE= 35mm2

Elde edilen değerler, izin verilen gerilim düşümü %e (%3) değerinden küçük olduğu için bu işlemi tekrarlamaya gerek yoktur; ancak, maksimum gerilim düşümü baz alınarak mümkün olan asgari iletken kesitini belirleyecek olursak;

Bu hesaba göre elde ettiğimiz iletken kesitine en yakın kesit 35mm2’dir.

35mm² kesit, XLPE izolasyon ile (N2XY), hesaplanan 169,80A değerindeki akım için yeterli akım taşıma kapasitesine sahipken (174A); PVC izolasyon ile (NYY) daha düşük bir akım taşıma kapasitesine (159A) sahiptir. Bu şekilde yapılan hesaplamada bir üst kesite çıkma ihtiyacı oluşmuş ve 50mmolarak belirlenmiştir.

Yapılan örneğe ek koşullar ekleyerek, daha detaylı bir hesaplama yapılmak istenirse; örneğin, sistemimizi besleyecek 3 damarlı kabloyu toprak altından geçireceğimiz varsayımı doğrultusunda, toprağın tipine, sıcaklığına ve ısıl özdirencine ihtiyaç duyulacaktır. 350C sıcaklığa sahip, kuru kum ve ısıl direnci de 1,5 K.m/W olan bir ortamımız olduğunu var sayarsak, bu şartlar altında standartlarda (IEC 60364-5-52 veya DIN VDE 0298-4) yer alan düzeltme faktörleri; sıcaklık için fPVC= 0,84 / fXLPE= 0,89 iken ısıl özdirenç için 1,1’dir.

Bu durumda ilk belirlediğimiz akım değerini bu düzeltme faktörlerine göre tekrar düzenlersek, yeni akım değerlerimizi bulmamız gerekir. Bu nedenle, ilk öngörülen kablo ve ilgili iletken kesitinin bir üst kesitinden başlayarak, akım taşıma kapasitesi değerleri, yukarıdaki düzeltme faktörleri ile çarparak elde edilmelidir. Düzeltme faktörleri ile çarpılması sonucu ortaya çıkan akım değeri, ilk tespit edilen akım değerine eşit ya da daha büyük bir değer ise; seçilen kesitin uygun olduğu anlamına gelmektedir. Aksi takdirde, bir üst kesite daha çıkıp düzeltme faktörü ile çarpılarak kontrol edilmeye devam edilmelidir. Verdiğimiz örneğe göre bu işlemi gerçekleştirdiğimizde, bir üst kesitteki kabloların akım taşıma değerleri, düzeltme faktörleri ile çarpıldığında istenilen akım değerinden daha büyük bir değere sahip olduğu için kesitler “uygun” olarak değerlendirilmiştir. Kesitlerin düzeltme faktörü uygulanmış yeni akım değerleri;

IPVC(70mm2)=232×0,84×1,1= 214,36A
IXLPE(50mm2)= 206×0,87×1,1= 197,14A’dir.

Bu yeni akım değerlerine göre yeni belirlenecek kablo ve kesitleri;

NYY – 3x70mm2, In = 232A

N2XY – 3x50mm2, In = 206A

Bu ek koşullar için, 50mm2 iletkenli ve PVC izolasyonlu, 35mm2 iletkenli ve XLPE izolasyonlu iki tip kablo için belirlenen şartlarda, istenen gerilim düşümü gerekli seviyenin altında; 70mm2 iletkenli ve PVC izolasyonlu, 50mm2 iletkenli ve XLPE izolasyonlu kabloların gerilim düşümü ise bu çıkan seviyeden daha aşağıda çıkacağından, tekrar bir gerilim düşümü hesabı yapılmasına gerek yoktur.


Teknik Müdür Yardımcısı / Selami SEÇKİN