1. Bölüm

Günümüzde en çok kullanılan enerji türü şüphesiz elektrik enerjisidir. 19. yüzyıl sonlarına doğru aydınlatma amacıyla kullanılmaya başlanan elektrik enerjisine olan talep, sonraki yıllarda çok büyük boyutlara ulaşmıştır. Bu durum enerjinin taşınma gereksinimini de zorunlu hale getirmiştir ve bu sebeple enerji iletim hatları kullanılmıştır.

Son yıllarda meydana gelen nüfus artışı ve teknolojik gelişmeler (elektrikli ulaşım, bilgisayar, otomasyon sistemlerinde meydana gelen gelişmeler vs.) üretilen elektrik enerjisinin kendi kapasitesinin üzerinde talebe cevap vermekle yükümlü kılmıştır. Özellikle 2. Dünya Savaşı’ndan sonra gözlenen bu gelişmelere paralel olarak dünyadaki elektrik enerjisi tüketimi her yıl yaklaşık olarak %10 artış göstermiştir.
Artan elektrik enerjisi ihtiyacının karşılanabilmesi için yeni üretim tesislerinin kurulması ve iletim hatlarının yaygınlaştırılması gerekmiştir. Böylece elektrik enerjisi iletim sistemleri gelişmiş ve enerji üretimi, enerji iletimi, enerji dağıtımı birer mühendislik dalı haline gelmiştir.

Elektrik enerjisini üreten merkezler (hidroelektrik santraller, termik santraller, doğal gaz çevrim santralleri, rüzgâr enerjisi santralleri vb.) çoğunlukla tüketim merkezlerinin yakınında kurulamamaktadır. Bunun en önemli nedenleri arasında hammadde nakliyesindeki zorluklar, çevre kirliliği, güvenlik vb. nedenler sayılabilir. Örneğin ülkemizde hidrolik ve termik kaynaklar çoğunlukla Doğu ve Güneydoğu Anadolu Bölgesi’nde yer almaktadır. Buna karşın elektrik ihtiyacının en yoğun olduğu bölgeler, üretim merkezlerinin tam tersine batıda kalan bölgelerimizdir. Bu bakımdan üretilen elektrik enerjisinin, kilometrelerce uzağa taşınması söz konusu olacaktır. İşte bu noktada enerji iletim hatlarının önemi ortaya çıkmaktadır.

Enerji İletim Hattı Nedir?

Elektrik iletim hattının anlamını tanım olarak vermek gerekirse; elektrik santralinde kontrollü ve planlı olarak elde edilmiş elektrik enerjisinin, santrallerden dağıtım hatlarına iletilmesini sağlayan hatlardır. Elektrik üretim tesisleri ile elektrik tüketim bölgeleri yakınlarındaki transformatör istasyonları bulunmaktadır. Bu istasyonlar ile son kullanıcıya elektrik enerjisi iletimini sağlanır. Elektrik hattının güvenli bir şekilde yapımı ve elektriğin minimum kayıplarla iletilmesi çok önemlidir. Elektrik hatlarının döşenmesinde maliyet, iletim hattının güzergâhı, arazi durumu, hattın güvenlik unsuru gibi konular incelenir.

Elektrik iletim hatları yüksek ve alçak gerilim olmak üzere ikiye ayrılır. Yüksek gerilim hatları genellikle santral ile yerleşim yeri arasına döşenir. Alçak gerilim hatları ise şehir içi elektrik dağıtımında kullanılır. Bu hatlar taşıdıkları enerjinin gerilimine göre adlandırılırlar. Biraz daha teknik bir tanımla ifade etmek gerekirse, elektrik üretim tesisleri ile transformatör istasyonları arasındaki hatlar yüksek gerilim; büyük transformatör istasyonları ile küçük transformatör istasyonları arasındaki hatlar orta gerilim, küçük transformatör istasyonları ile son tüketici arasındaki hatlar alçak gerilim olarak adlandırılır. Açık arazide, uzun enerji nakil hatları havai hat, yerleşim yerlerinde ise yeraltı hat olarak tesis edilirler. Yer altı hatları yüksek izolasyon gerektirdiğinden, hava hattına oranla oldukça pahalı olmasına karşın güvenlik ve görsel açıdan tercih edilirler.

Havai Hatlar

Bakır veya alüminyumdan iletken kablo, taşıyıcı direk (pilon) ve pilon ile iletken arasındaki bağlantıyı sağlayan yalıtkan izolatörden meydana gelir. Türkiye’de enerji nakil hatları genel olarak; standartlara bağlı kalınarak inşa edilen, üretilen elektrik enerjisinin uzak noktalara taşınmasını sağlayan, farklı konstrüksiyon yapılarına sahip direkler, iletkenler, topraklama ekipmanları, hırdavat takımları ve izolatör ekipmanları gibi malzeme gruplarından meydana gelen taşıma hatlarıdır. Elektriksel yönden ele alındığında enerji iletim hatları, hat parametreleri ve uzunluklarıyla karakterize edilirler. Enerji nakil hattı sistemleri Türkiye Elektrik İletim A.Ş. (TEİAŞ) tarafından tesis edilip çalıştırılmaktadır.

Şekil 1. Enerji İletim Hattı Eşdeğer Devre Modeli

Bütün sinüzoidal alternatif akımla çalışan iletkenlerde olduğu gibi, enerji iletim hava hatlarının da omik direnç, endüktans, kapasite katsayıları kısaca R-L-C hat sabitleri bulunmaktadır. Enerji nakil hatlarının omik direnci doğru akım direncinden daha büyüktür, bunun nedeni de deri etkisi (skin effect) olayıdır. Diğer taraftan komşu iletkenlerden akan akımların halkaladığı akılar nedeniyle, faz iletkenlerinin self ve karşılıklı endüktansları meydana gelmektedir. Sinüzoidal alternatif akımla çalışıldığından endüktans deyimi yerine, şebeke frekansının bir fonksiyonu olan endüktif reaktans tanımı kullanılır. Hattın omik direnci ve endüktif reaktansı birbirine seri bağlı olarak düşünülür ve hattın karakterize edilmesi bu iki büyüklüğün seri toplamı olan empedans ile hesaplanır.

Günümüzde hat sabitleri gerekli tüm detayları ile bilgisayar ortamlarında hesaplanıp, sanal ortamdan takip edilebilmektedir. İletim hattı uzunluğu genel olarak tasarım aşamasında öncelikle üzerine düşülmesi gereken noktalardan bir tanesidir. İletim uzunluğunun etkili olduğu başlıca diğer işletme büyüklükleri de aşağıda başlıklar halinde verilmiştir.
► Gerilim Kademesi: İlk yıllarda kW’lar mertebesindeki güçlerin iletimi söz konusu olduğu için gerilim kademesi de voltlar mertebesindeydi. Sonraki yıllarda GW değerlerine varan güçlerin iletiminde artık çok büyük gerilim kademeleri kullanılmıştır. Bugün yurdumuzdaki iletim hattı gerilimleri 154-380 kV’dir. Her geçen gün gelişen izolasyon teknolojisi ile dünyada 1 MV’ye kadar gerilimlerin hizmete sokulması düşünülmektedir. Yüksek gerilim, sabit güç altında düşük gerilime oranla faz akımını düşüreceği için hat kayıpları, gerilim düşümü vb. kayıplar daha aza inmektedir. Bu nedenle uzun iletim hatlarında gerilim kademesinin olabildiğince arttırılması üzerine çalışılmaktadır.
► İletken Sayısı ve Cinsi: İletim uzunluğunun artması, günümüzde çok büyük güçlerin iletimini de beraberinde getirmektedir. Daha fazla güç iletmek amacıyla çift devreli iletim hatları kullanılmaktadır. İletkenler ise yapı itibariyle örgülü ve demet olarak kullanılmaktadır. Altı faz üzerinden enerji iletimi üzerinde de çalışmalara devam edilmektedir.

► Akım Cinsi: Geleneksel enerji iletim hatları sinüzoidal alternatif akım ile işletilmektedir. Ancak son 30-35 yıldan beri doğru akımla enerji iletimi üzerinde de durulmaktadır. Yapılan araştırmalar doğru akımla enerji iletiminin, bilinen alternatif akımla iletime göre daha pahalı olduğu, ancak iletim

uzunluğu arttıkça bu farkın da kapandığını göstermiştir.
Günümüzde enerji iletim hatlarını ayrı ayrı düşünmek mümkün değildir. Ancak en genel olarak, iletim hatları kısa, orta ve uzun iletim hatları olarak 3 kategoride toplanıp buna bağlı olarak dizayn edilmektedir.

Enerji İletiminde Yüksek Gerilim Kullanımına Bakış

Enerji iletiminde yüksek gerilimin kullanılması bir zorunluluktur. Yüksek gerilim kullanılarak kayıpların azaltılması, iletken kesitinin düşürülmesi, izolatör ve direklerin daha ekonomik yapılması gibi konular sürekli çalışılmakta ve geliştirilmektedir. Ülkemizde yüksek gerilim kullanımının gelişimine bakıldığında, enerji iletim ve dağıtım hatlarının yoğunlaşmasına bağlı olarak arttığı gözlenmektedir. Türkiye enerji ağının en yüksek gerilimi 400 kV’dir. Kayıplar mesafeler arttıkça artmakta ve enerjinin naklinde sorunlar yaşanmaktadır. Bu sorunların aşılması gerilim değerinin yükseltilmesiyle çözümlenebilmiştir. Şu an Türkiye ve dünyadaki pek çok ülkede var olan gerilim seviyeleri iletim hatlarında arttırılarak, kayıpların azaltılması amaçlanmaktadır.

Son dönemde yapılan pek çok şalt tesisi, iletim hattı, dağıtım hatları bunlara göre dizayn edilmektedir. Yüksek gerilim üzerinde doğru akım iletiminin uygulaması şu an ülkemizde bulunmamaktadır, ancak dünya üzerinde bu sistemi kullanan, deneyen bazı ülkeler mevcuttur. Yüksek ve orta gerilim teknolojisindeki gelişmelere bağlı olarak bu hatlarda kullanılan malzemelerde de gün geçtikçe gelişmeler söz konusu olmakta, daha ekonomik yapılara ulaşılmaktadır. Şirketler şalt sahalarını planlarken kullanacakları malzemelerin dayanıklılığını, müşteri isteğini, projeye uygunluğunu ve ekonomikliğini göz önüne alacaklardır.

Az maliyetle daha uzun ömürlü ve mekâna uygun tasarım seçilecektir. Enerji üretim tesisleriyle tüketim merkezleri arasındaki mesafelerin uzaklığı sebebiyle, enerjinin iletim hatlarıyla aktarılması söz konusudur. İletim hatları genel olarak kısa iletim hatları, orta uzunluktaki iletim hatları ve uzun iletim hatları olarak üç kısma ayrılır. Böylece hattın uzunluğu hesapları tamamen değiştireceğinden, malzeme seçimi, hattın konumu, yerleştirilmesi gibi hususlarda da değişiklikler meydana gelecektir. Enterkonnekte sistemler birbiriyle bağlantılı, birbirini besleyen birden fazla hattın bağlantılı olması konumudur. Ülkemiz bazı komşularıyla ve kendi içinde iller arasında bu tarz bağlantılara sahiptir.

Yüksek gerilim 34,5 kV üzeri değerler için kabul edilir ve değeri sonsuz sınırsız artırılabilir denilemez. Çünkü gerilim değerinin belirli sınırı aşması halinde, can ve mal güvenliği konusunda sıkıntılar artacak, sistemde boşalma ve yalıtım sorunları meydana gelecek, verilecek yüksek gerilim değerinin üretimi ve iletimi problemiyle karşılaşılacaktır.

Enerji Nakil Hatlarından Sorumlu Kuruluşlar

Genel olarak enerji nakil hattı yapım aşamaları sadece tek bir mühendislik alanına girmemekle beraber, inşaat mühendisliği, elektrik mühendisliği, jeoloji ve harita mühendislerinin ortak çalışma alanı olarak görülmektedir. Temel olarak bir nakil hattının yapım aşamalarını incelemek gerekirse;
► Önce yapılacak olan hattın gücü ve buradan enerji alacak alanların gelecekteki gelişme durumlarına göre gerekli hesaplamalar yapılır (Genel Planlama).

► Güzergah için gerekli arazi yapısının uygun olup olmadığı, hattın geçirilmesinin planlandığı güzergahın zemin etüdünün uygunluğu, çevreye verilecek olan minimum zarar gözetilerek bir serimin oluşturulması, tek tek direklerin yerlerinin belirlenmesi gerekir.

Arazi etüdü bir enerji nakil hattı için oldukça önemli bir aşamadır. Arazi yapısı, bölgenin aldığı yağış, genel hava durumu, buz, rüzgâr yükü hesaplarının incelenmesi, bütün bunların yanında yüksek gerilim kullanılan bir enerji nakil hattının geçeceği arazinin ekilebilir arazi olmasına dikkat edilip, mümkün olduğunca dağ, nehir vb. oluşumlara paralel ilerlemesi sağlanmaya çalışılır. Yüksek bir dağ kenarı yerine daha alçak bir kotada direk dikilmesi tercih edilir veya nehir atlama gibi hem malzeme açısından daha pahalı ve çok parçalı hat yerine mümkün olduğunca daha kolay çalışma alanı sağlayacak rotalar ve daha ekonomik malzeme kullanılmaya çalışılır.

► Gerekli çalışmalarla beraber, taşınacak olan gerilim seviyesi, gücü, nakil hattının geçeceği yerlerin hava şartları dikkate alınarak kullanılacak direk konstrüksiyonuna karar verilir. Genel olarak direk tipleri TEİAŞ onaylı ve tipleri standartlaştırılmış şekildedir. Ekstra yapılacak olan tüm değişiklikler için

TEİAŞ’tan gerekli onayların alınması gerekmektedir.

► Kullanılacak olan malzemeler, iletken tipleri, hırdavat takımları, vb. ekipmanlar gerekli tip testleri sağlamak şartıyla standartlara ve şartnamelere bağlı kalınarak hazırlanır, sipariş edilir ve gerektiği dönemlerde sevkiyata hazırlanması sağlanır.

Bu aşamalar esnasında malzeme temini devam ederken önemli bir kısımda nakil hattının geçeceği güzergâhın kamulaştırılmasıdır. Yani arazinin direk geçen her parçasının metrekare olarak belirtilip, şahıs veya kişilerden devlet arazisidir şeklinde bir ifadeyle TEİAŞ’a aktarılmasıdır.

Tüm bu aşamalar kısaca gözden geçirildiğinde kullanılacak malzemenin seçimi ve temininden, projelendirmeye, tip testlerden standartlara, arazinin kamulaştırılmasına kadar tüm aşamalarda Türkiye Elektrik İletim A.Ş. (TEİAŞ)’ın söz sahibi olduğu görülmektedir. Genel olarak ülkemizde enerji nakil hattı işletmeciliği bu kuruluşa bağlıdır. İletim hattı taahhüt kuruluşları ihale usulüyle genel olarak yapım işini alıp, verilen sürelerde gerekli şartları sağlayarak inşa kısmını tamamlarlar. Bu aşamalar esnasında malzeme ve direklerin temini TEİAŞ şartnamelerine bağlı olarak gerçekleştirilir. Arazinin kamulaştırılması işlemini ya yüklenici firma yapıp tamamlayarak işi TEİAŞ’a teslim eder ya da sadece taahhüt işini gerçekleştirir.

Yazarlar :
2M Kablo