Bir güç kablosunun termal koşulları işletme ömrü boyunca sabit kalmaz. Yük değişir, çevre koşulları değişir, toprak nem kaybedebilir, kablo çevresindeki ısı transferi farklılaşabilir. Ek ve terminasyon noktaları yaşlanır. Başlangıçta benzer sıcaklık davranışı gösteren iki kablo bölümü, yıllar sonra aynı şekilde çalışmayabilir.
Bu değişimlerin bir kısmı yavaş gelişir. Bazıları ise kısa bir hat kesiminde lokal sıcaklık artışı olarak ortaya çıkar. Enerji kablosunun termal durumunu izlemeyi zorlaştıran temel mesele de budur: kritik değişimin nerede başlayacağı çoğu zaman önceden bilinmez.
İletim ve dağıtım şebekeleri, yenilenebilir enerji tesisleri, endüstriyel altyapılar, yeraltı ve denizaltı kablo sistemleri farklı işletme koşullarına sahiptir. Ancak hepsinde ortak bir gerçek vardır. Kablonun sıcaklık geçmişi; performans, yaşlanma ve işletme güvenilirliği hakkında önemli bilgiler taşır.
Termal stres neden önemlidir?
Bir enerji kablosunun sıcaklığı taşıdığı akımla yakından ilişkilidir. Ancak ısının çevreye hangi koşullarda aktarılabildiği de belirleyicidir. Aynı kablo, benzer yük altında farklı kurulum ve çevre koşullarında farklı sıcaklık davranışı gösterebilir.
Yeraltı kablolarında toprağın sıcaklığı, nem durumu ve termal direnci; gömülme derinliği, kanal yapısı ve yakın çevredeki diğer kablolar ısı dağılımını etkiler. Zaman içinde toprak koşullarının değişmesi, başlangıçta öngörülen termal davranışın farklılaşmasına yol açabilir. Özellikle kablo çevresindeki ısı transferi koşulları değiştiğinde, belirli güzergâh bölümleri hattın geri kalanından farklı davranmaya başlayabilir.
Kurulum geometrisi de hesaba katılmalıdır. Üç fazlı kablo sistemlerinde düz (flat) ve yonca (trefoil) dizilimler, fazlar arasındaki mesafeyi ve karşılıklı termal etkileşimi değiştirir. Bunun kablo sıcaklığı ve akım taşıma kapasitesi üzerindeki etkisi, diğer kurulum koşullarıyla birlikte değerlendirilir. Kablo tipi aynı olsa bile saha koşulları aynı termal sonucu vermeyebilir.
Kablo galerileri ve tünellerinde havalandırma, kablolar arasındaki mesafe ve güzergâh üzerindeki yerel çevre koşulları devreye girer. Denizaltı kablolarında ya da erişimi güç yeraltı hatlarında fiziksel kontrol daha zordur ve termal davranışın sürekli izlenmesi ayrı bir değer kazanır.
Ek ve terminasyon noktaları da özel dikkat gerektirir. Bağlantı koşullarındaki bozulma veya elektriksel direncin lokal olarak artması, çevresindeki kablo bölümlerinden farklı davranan sıcak noktalar oluşturabilir. İzolasyon hasarı, montaj kusurları ve dış çevresel etkiler benzer termal anomalilere yol açabilir.
Termal izleme açısından iki bilgi özellikle değerlidir: Isınmanın nerede meydana geldiği ve zaman içinde nasıl değiştiği.
Noktasal ölçümden sürekli sıcaklık profiline
Geleneksel sıcaklık izleme yöntemlerinde sensörler çoğunlukla önceden belirlenen kritik noktalara yerleştirilir. Bu yöntem, izlenecek bölgenin bilindiği durumlarda etkilidir. Uzun kablo güzergâhlarında ise doğal bir sınırlama ortaya çıkar.
Kilometrelerce uzanan bir kablo hattında, riskin nerede gelişeceğini önceden bilmiyorsak, birkaç kritik noktadan alınan sıcaklık verisi ne kadar yeterli olabilir?
Dağıtık Sıcaklık Algılama, yaygın kullanılan İngilizce adıyla Distributed Temperature Sensing (DTS), sıcaklığı hat boyunca izlemeye imkân verir. Optik fiber güzergâh boyunca dağıtık bir sensör gibi çalışır ve sıcaklık değişimleri konuma bağlı olarak takip edilebilir.
Noktasal sensörlerle oluşturulan ölçüm yapısından farklı olarak burada uzun bir güzergâhın sıcaklık profili elde edilir. İşletmeci, belirli bir bölgede gelişen değişimi hattın genel termal davranışı içinde değerlendirebilir. Güç kablolarında termal izleme ve dinamik derecelendirme uygulamaları, CIGRE teknik çalışmalarında da uzun süredir ele alınmaktadır.
DTS teknolojisi nasıl çalışır?
Bir DTS ölçüm ünitesi optik fiber içerisine lazer darbeleri gönderir ve fiber boyunca oluşan geri saçılan ışığı analiz eder. Raman tabanlı sistemlerde sıcaklık hesabı, sıcaklığa duyarlı Anti-Stokes sinyali ile Stokes sinyali arasındaki ilişkiden yararlanılarak yapılır. Elde edilen geri saçılım verileri, sistemin ölçüm ve kalibrasyon yaklaşımına göre fiber boyunca konuma bağlı bir sıcaklık profiline dönüştürülür.
Burada iki tür bilgi birlikte elde edilir: sıcaklık ve konum. Fiber hattının belirli bir bölümünde sıcaklık değiştiğinde, bu değişimin güzergâh üzerindeki yeri de belirlenebilir. Uzun enerji kablolarında DTS’nin temel avantajlarından biri budur.
Fiber optik algılama elektromanyetik girişimden etkilenmez. Algılama hattı boyunca elektriksel besleme gerektirmeyen pasif yapı da yüksek gerilim ortamlarında, kablo tünellerinde ve erişimi zor güzergâhlarda önemli bir mühendislik avantajı sağlar.
Ölçümün yorumlanmasında fiber konumu
DTS verisinin doğru yorumlanması, algılama fiberinin güç kablosuna göre nerede bulunduğuyla yakından ilişkilidir. Fiberin ölçtüğü sıcaklık ile güç kablosu iletkeninin sıcaklığı aynı kabul edilemez.
Aradaki ilişki; kablo konstrüksiyonuna, fiberin konumuna, kullanılan malzemelere, kurulum geometrisine ve çevresel koşullara bağlıdır. Fiber kabloya yakın bir noktada farklı, komşu bir kanal içerisinde farklı bir termal tepki gösterebilir.
Yeni kablo sistemlerinde algılama fiberi tasarımın bir parçası olarak konumlandırılabilir. Mevcut tesislerde ise kabloya yakın bir güzergâhta veya uygun kanal yapısı içinde sonradan uygulanması mümkündür. Her iki durumda da termal kuplaj ve kurulum geometrisi, ölçülen sıcaklığın nasıl yorumlanacağını doğrudan etkiler.
Bu ayrım önemlidir. DTS ekranında görülen sıcaklık değerini, sistemin fiziksel yapısından bağımsız bir veri olarak değerlendirmek doğru olmaz. Güvenilir bir uygulama; ölçüm cihazı, algılama fiberi, kablo konstrüksiyonu ve saha koşullarının birlikte ele alınmasını gerektirir.
Lokal sıcak noktaların belirlenmesi
Enerji kablolarındaki termal problemler her zaman geniş bir bölgeye yayılmaz. Ek ve terminasyon noktalarındaki bozulmalar, lokal direnç artışları, izolasyon hasarı, kurulum kusurları veya çevresel koşullardaki yerel farklılıklar kısa bir güzergâh bölümünde sıcaklık artışına neden olabilir.
Hat boyunca sıcaklık profili izlendiğinde, çevresine göre farklı davranan bölgeler belirlenebilir. Örneğin belirli bir kesimin benzer yük koşullarında komşu bölgelere göre daha sıcak çalışması, incelenmesi gereken bir değişime işaret edebilir.
Bu veri tek başına arıza teşhisi değildir. Sıcaklık değişiminin yük koşulları, geçmiş ölçümler ve saha bilgileriyle birlikte değerlendirilmesi gerekir. Yine de anomalinin konumunun bilinmesi bakım ekiplerinin geniş bir hattı baştan sona kontrol etmek yerine incelemeyi belirli bir bölgeye yönlendirmesine yardımcı olur.
Gerçek zamanlı termal derecelendirme ve kablo kapasitesi
DTS’nin güç kablolarındaki bir diğer kullanım alanı Real-Time Thermal Rating (RTTR), yani gerçek zamanlı termal derecelendirmedir. Bu uygulamalarda kablonun termal durumu, işletme kapasitesinin değerlendirilmesinde kullanılan girdilerden biri hâline gelir.
Kablo kapasitesi hesapları güvenli işletme amacıyla belirli çevresel ve termal varsayımlara dayanır. Gerçek saha koşulları ise zaman içinde değişebilir. Toprak sıcaklığı, yük profili ve ısı dağılımı sabit değildir. Özellikle değişken güç akışlarının bulunduğu şebekelerde, kablonun gerçek termal davranışına ilişkin saha verisi işletmeci açısından değerli olabilir.
DTS ile elde edilen sıcaklık verisinin uygun termal modellerle birlikte değerlendirilmesi, mevcut kablo altyapısının işletme sınırlarının daha gerçekçi koşullar altında incelenmesine katkı sağlar. RTTR uygulamalarında ölçüm verisi ile termal model arasındaki ilişkinin doğru kurulması kritik bir mühendislik konusudur.
CIGRE tarafından yayımlanan kablo devrelerinin termal izlenmesi ve dinamik derecelendirme sistemlerine ilişkin çalışmalar, bu alan için temel sektörel referanslar arasında yer almaktadır.
Anlık alarmdan uzun dönemli durum izlemeye
Hat boyunca sıcaklık geçmişi biriktikçe, tek bir alarm eşiğinin ötesinde başka bilgiler de görünür hâle gelir. Belirli bir ek noktasının benzer yük koşullarında geçmişe göre daha sıcak çalışması veya aynı güzergâh bölümünde tekrarlayan termal anomalilerin görülmesi bakım planlaması açısından anlamlı olabilir.
Burada amaç her sıcaklık değişimini arıza olarak yorumlamak değildir. Değişimin eğilimi, süresi, tekrar sıklığı ve işletme koşulları birlikte incelenmelidir.
Uzun dönemli sıcaklık verileri bu açıdan kestirimci bakım ve varlık yönetimi çalışmalarını destekleyebilir. DTS, böyle bir yapıda kararın kendisini veren sistem değil, kablonun zaman içindeki termal davranışını görünür kılan veri kaynaklarından biridir.
Türkiye’de geliştirilen dağıtık fiber optik algılama teknolojileri
Dağıtık fiber optik algılama sistemleri Türkiye’de de yerli Ar-Ge çalışmalarıyla geliştiriliyor. SAMM Teknoloji Ar-Ge Merkezi bünyesinde geliştirilen FOTAS, optik fiberin uzun mesafeler boyunca dağıtık bir sensör olarak kullanılmasına dayanan algılama teknolojilerine odaklanıyor.
Bu kapsamda geliştirilen FOTAS DTS çözümü; enerji kabloları, endüstriyel tesisler ve kritik altyapılardaki uzun mesafeli termal izleme ihtiyaçlarına yönelik bir teknoloji altyapısı sunuyor. Hat boyunca sıcaklık profilinin izlenmesi ve lokal termal değişimlerin konuma bağlı olarak belirlenmesi, sistemin temel çalışma alanları arasında bulunuyor.
Türkiye’de DTS teknolojisinin yerli Ar-Ge ile geliştirilmesi, cihaz üretiminin yanında optik ölçüm, sinyal işleme, sistem yazılımı ve saha uygulama bilgisinin de aynı mühendislik ekosistemi içinde gelişmesi anlamına geliyor. Enerji ve kritik altyapı uygulamalarında ihtiyaç duyulan teknik yetkinliğin ülke içinde oluşturulması açısından bu birikim ayrıca değer taşıyor.
Sonuç
Enerji kablolarındaki termal riskler her zaman ani gelişmez ve önceden bilinen noktalarda ortaya çıkmaz. Yük koşulları, çevre, kurulum biçimi ve yaşlanma birlikte çalışır; kablonun sıcaklık profili de zaman içinde değişir.
DTS’nin temel değeri, bu değişimi hat boyunca görünür hâle getirmesidir. Enerji altyapılarında daha doğru bakım kararları ve daha iyi termal yönetim için, kablonun ne kadar yük taşıdığı kadar bu yük altında nasıl davrandığını bilmek gerekir.
Kaynaklar
1. Ukil, A., Braendle, H., Krippner, P.
Distributed Temperature Sensing: Review of Technology and Applications. IEEE Sensors Journal, 12(5), 885–892, 2012. DOI: 10.1109/JSEN.2011.2162060.
IEEE makale sayfası | Açık erişim sürümü
2. Li, J., Zhang, M.
Physics and Applications of Raman Distributed Optical Fiber Sensing. Light: Science & Applications, 11, 128, 2022. DOI: 10.1038/s41377-022-00811-x.
Nature tam makale | PMC tam metin
3. CIGRE Technical Brochure 756.
Thermal Monitoring of Cable Circuits and Grid Operators’ Use of Dynamic Rating Systems. CIGRE Working Group B1.45, 2019.
CIGRE resmî yayın sayfası
4. IEC 60287-1-1:2023.
Electric Cables – Calculation of the Current Rating – Part 1-1: Current Rating Equations (100% Load Factor) and Calculation of Losses – General. IEC, 2023.
IEC resmî standart sayfası
Yazarlar :
Baybora Atav / SAMM Teknoloji
Soner Mülayim / SAMM Teknoloji
