AC ve DC Güç Dağıtım Sistemlerinin Temelleri
- Hüseyin GÜZEL
- Jun 3
- 8 min read
Elektrik İletim ve Dağıtım Sistemlerinin İnsan Dolaşım Sistemine Benzerliği: Şehirlerin Yaşam Kaynağı Olarak Elektrik
Elektrik iletim ve dağıtım sistemleri, modern şehirlerin ve yerleşim yerlerinin işleyişi için hayati öneme sahip altyapılardır. Bu sistemlerin karmaşık yapısı ve temel işlevi, insan vücudundaki dolaşım sistemiyle çarpıcı bir benzerlik gösterir. Tıpkı dolaşım sisteminin vücudun her köşesine oksijen ve besin taşıyarak yaşamı sürdürmesi gibi, elektrik iletim ve dağıtım sistemleri de üretilen elektriği son kullanıcılara ulaştırarak modern uygarlığın devamlılığını sağlar.
Bu kılavuzda, dağıtım sistemine genel bir girişle sınırlı kalacağız.
İletim Sistemi: Elektriğin Ana Arterleri
Metinde belirtildiği gibi, elektrik iletim sistemi, insan vücudundaki atardamarlara benzetilebilir. Yüksek gerilim hatları aracılığıyla elektrik santrallerinde üretilen büyük miktardaki elektrik enerjisi, uzun mesafeler boyunca taşınır. Bu yüksek gerilim hatları, tıpkı atardamarların kalpten çıkan kanı vücudun çeşitli bölgelerine taşıması gibi, elektriği ana kaynaklardan şehirlere ve büyük yerleşim yerlerine ulaştırır. İletim hatları üzerindeki trafo merkezleri ise, gerilimi düşürerek elektriği dağıtım sistemine hazır hale getirir. Bu aşama, atardamarların zamanla daha küçük damarlara ayrılarak kan akışını düzenlemesine benzer.
Dağıtım Sistemi: Elektriğin Kılcal Damarları
Elektrik dağıtım sistemi ise, insan vücudundaki kılcal damarlara denk gelir. İletim sistemi tarafından şehirlere getirilen elektrik, dağıtım şebekeleri aracılığıyla daha küçük gerilim seviyelerine indirgenir ve nihai tüketicilere ulaştırılır. Bu şebekeler, yerleşim yerlerindeki trafolar, alçak gerilim hatları ve bağlantı kablolarından oluşur. Tıpkı kılcal damarların dokulara ve hücrelere oksijen ve besinleri taşıması gibi, dağıtım sistemi de evlere, iş yerlerine, sanayi tesislerine ve diğer tüm elektrik tüketicilerine elektriği güvenli ve sürekli bir şekilde sağlar. Elektrik sayaçları ve sigorta kutuları gibi unsurlar da, bu son aşamada elektriğin tüketimini ölçmek ve güvenliği sağlamak gibi önemli görevleri yerine getirir.
Ortak Amaç: Medeniyetin Hayat Kaynağını Ulaştırmak
Sonuç olarak, hem insan dolaşım sistemi hem de elektrik iletim ve dağıtım sistemleri, bulundukları ortamın sürekliliği ve işleyişi için vazgeçilmezdir. Dolaşım sistemi vücuda yaşam veren kanı taşırken, elektrik iletim ve dağıtım sistemleri de modern medeniyetin "hayat veren kanı" olan elektriği şehirlerin nihai tüketicisine ulaştırır. Bu benzetme, elektrik altyapısının ne kadar kritik bir öneme sahip olduğunu ve modern yaşamın her alanındaki vazgeçilmez rolünü açıkça ortaya koymaktadır. Elektrik kesintileri, tıpkı kan akışının durması gibi, şehirlerin işleyişinde ciddi aksaklıklara ve hatta felçlere yol açabilir. Bu nedenle, güvenilir ve kesintisiz bir elektrik altyapısı, modern toplumların refahı ve gelişimi için hayati bir zorunluluktur.
Dağıtım Sistemi Nedir?
İletim hatlarından gelen yüksek gerilimli elektriği trafo merkezleri aracılığıyla daha düşük gerilim seviyelerine (genellikle orta gerilim ve ardından alçak gerilim) indirir. Bu düşürülen gerilim, yerel kullanıma uygundur ve güvenli bir şekilde son tüketicilere dağıtılır. Dağıtım sistemi; trafolar, dağıtım hatları (direkler veya yer altı kabloları), dağıtım panoları, sayaçlar ve diğer ilgili ekipmanları içerir.
Genel olarak dağıtım sistemi, iletim sistemi tarafından beslenen güç trafo merkezi ile tüketicinin sayaçları arasındaki elektrik sistemidir. Genellikle besleyicilerden, dağıtıcılardan ve servis şebekesinden oluşur.
Dağıtım sistemi, gerçekten de iletim sistemi tarafından beslenen güç trafo merkezi ile tüketicinin sayaçları arasındaki elektrik sistemini kapsar. Ve tipik olarak şu ana bileşenlerden oluşur:
Besleyiciler (Feeders): Bunlar, güç trafo merkezlerinden başlayıp elektriği çeşitli dağıtım bölgelerine taşıyan yüksek veya orta gerilim hatlarıdır. Besleyiciler üzerinde genellikle doğrudan bağlantı noktası bulunmaz, amaç elektriği ana dağıtım noktalarına ulaştırmaktır. Radyal veya halka şeklinde olabilirler.
Dağıtıcılar (Distributors veya Laterals): Besleyicilerden ayrılan ve elektriği daha küçük yerleşim birimlerine veya belirli bölgelere dağıtan hatlardır. Bu hatlar üzerinde, tüketicilere bağlantı sağlayan servis şebekesi için çeşitli noktalarda branşmanlar (ayrılmalar) bulunur. Dağıtıcılar genellikle radyal bir yapıya sahiptir.
Servis Şebekesi (Service Mains veya Service Drops): Dağıtıcılardan doğrudan tüketicilerin tesislerine (evler, iş yerleri vb.) giden alçak gerilim hatlarıdır. Bu hatlar, tüketicinin sayacına bağlanarak elektrik enerjisinin kullanım noktasına ulaşmasını sağlar.
Dolayısıyla, dağıtım sistemi, elektriğin yüksek gerilimden alçak gerilime dönüştürülerek güvenli ve kullanıma uygun bir şekilde son kullanıcılara ulaştırılmasını sağlayan karmaşık bir ağdır. Bu ağın güvenilir ve verimli çalışması, modern toplumların günlük yaşamı ve ekonomik faaliyetleri için hayati öneme sahiptir.
Şekil 1, tipik bir düşük gerilim dağıtım sisteminin tek hat diyagramını göstermektedir.
İçindekiler Tablosu:
Besleyiciler (Fiderler)
Dağıtıcı
Servis Şebekesi
Dağıtım Sistemlerinin Sınıflandırılması
Akımın doğası
Yapım türü
Bağlantı şeması
AC Dağıtımı
Birincil (Primer) Dağıtım Sistemi
1. Besleyiciler (Fiderler)
Besleyici, trafo merkezini (veya yerel üretim istasyonunu) gücün dağıtılacağı alana bağlayan bir iletkendir. Genellikle, besleyiciden hiçbir çekme yapılmaz, böylece içindeki akım her yerde aynı kalır.
Bir besleyicinin temel özellikleri şunlardır:
Kaynak Bağlantısı: Besleyici, elektrik enerjisinin kaynağı olan bir trafo merkezini (güç transformatör istasyonu) veya daha küçük ölçekli bir yerel üretim istasyonunu, elektriğin dağıtılacağı bölgeye bağlayan ana iletkendir. Bu, elektriğin iletim sisteminden alınarak dağıtım sisteminin başlangıç noktasına taşınmasını sağlar.
Çekme Olmaması (Genellikle): Besleyicinin en önemli özelliklerinden biri, üzerinde doğrudan enerji çekilmemesidir. Yani, besleyici boyunca herhangi bir tüketiciye veya alt dağıtım hattına doğrudan bağlantı yapılmaz. Bu sayede, besleyici içindeki akım (ideal durumda) hattın her noktasında aynı kalır. Amaç, enerjiyi kayıpsız bir şekilde ana dağıtım noktalarına ulaştırmaktır.
Besleyiciler genellikle yüksek veya orta gerilim seviyelerinde çalışırlar ve dağıtım sisteminin omurgasını oluştururlar. Elektriği ana arterler gibi taşıyarak, daha sonra dağıtıcılar ve servis hatları aracılığıyla son tüketicilere ulaştırılmasını sağlarlar.
Ancak, bazı özel durumlarda veya farklı dağıtım sistemi konfigürasyonlarında, besleyicilerden dolaylı olarak veya belirli noktalarda küçük ölçekli çekmeler yapılabilir. Ancak genel prensip ve tanım, besleyicilerde doğrudan ve yaygın tüketici bağlantılarının olmamasıdır.
Bir besleyicinin tasarımında en önemli hususlardan biri akım taşıma kapasitesidir.
2. Dağıtıcı
Bir dağıtıcı, tüketicilere tedarik için muslukların alındığı bir iletkendir. Şekil 1'de, A B, BC, CD ve DA dağıtıcılardır. Bir dağıtıcıdan geçen akım sabit değildir çünkü musluklar uzunluğu boyunca çeşitli yerlerden alınır.
Bir dağıtıcı tasarlanırken, uzunluğu boyunca voltaj düşüşü ana husustur çünkü voltaj değişimlerinin yasal sınırı tüketicilerin terminallerindeki nominal değerin ± %6'sıdır.
Bir dağıtıcının temel özellikleri şunlardır:
Tüketici Bağlantıları (Musluklar): Dağıtıcılar, besleyicilerden aldıkları elektrik enerjisini doğrudan tüketicilere veya servis şebekesine ulaştırmak üzere üzerinde muslukların (taps) bulunduğu iletkenlerdir. Bu musluklar, farklı noktalardan enerji çekilmesine olanak tanır.
Değişken Akım: Besleyicilerin aksine, bir dağıtıcıdan geçen akım sabit değildir. Çünkü dağıtıcı boyunca çeşitli noktalardan enerji çekildikçe, hattın farklı bölümlerindeki akım miktarı da değişir. Kaynağa (besleyiciye bağlantı noktasına) yakın kısımlarda akım daha yüksekken, tüketicilere enerji sağlandıkça hattın sonuna doğru akım azalır.
Şekil 1 Örneği: Metinde belirtildiği gibi, Şekil 1'deki AB, BC, CD ve DA parçaları dağıtıcıları temsil etmektedir. Bu, dağıtım ağının genellikle dallanan bir yapıda olduğunu ve besleyicilerden ayrılan bu dağıtıcı hatlar üzerinden yerel dağıtımın yapıldığını gösterir.
Özetle, dağıtıcılar, elektrik enerjisinin son kullanıcılara ulaşmasını sağlayan ve üzerlerinden akımın sürekli olarak değiştiği önemli dağıtım sistemi bileşenleridir. Besleyicilerden aldıkları enerjiyi, üzerlerindeki musluklar aracılığıyla tüketicilere veya servis hatlarına aktarırlar.
3. Servis Şebekesi
Servis şebekesi genellikle dağıtıcıyı tüketicilerin terminallerine bağlayan küçük bir kablodur. Servis şebekesi, dağıtım sisteminin en son aşamasını temsil eder ve şu temel işlevi yerine getirir:
Dağıtıcıdan Tüketiciye Bağlantı: Servis şebekesi, dağıtıcı hatlarından (alçak gerilim dağıtım hatları) ayrılarak doğrudan tüketicilerin terminallerine (genellikle elektrik sayacının bulunduğu nokta) elektrik enerjisini taşıyan küçük bir kablodur.
Son Bağlantı Noktası: Bu kablolar, elektriğin bireysel evlere, iş yerlerine veya diğer tüketim noktalarına ulaşmasını sağlayan son bağlantı noktalarıdır.
Boyut ve Yapı: Servis şebekesi kabloları, genellikle dağıtıcı ve besleyici hatlarına göre daha küçük kesitli ve daha kısa mesafelidir. Yapıları, taşınacak akım miktarına ve mesafeye göre değişiklik gösterebilir.
Özetle, servis şebekesi, dağıtım sisteminin "son mili" olarak düşünülebilir. Elektriği yerel dağıtım hatlarından alarak, nihai kullanıcıların güvenli ve kullanışlı bir şekilde erişebileceği noktalara kadar iletir.
4. Dağıtım Sistemlerinin Sınıflandırılması
Elektrik enerjisinin üretiminden son kullanıcıya ulaştırılması sürecindeki kritik halkalardan biri olan dağıtım sistemleri, modern toplumların enerji ihtiyacını karşılamada hayati bir rol oynar. Bu karmaşık ağlar, elektriğin güvenilir, verimli ve sürekli bir şekilde tüketicilere iletilmesini sağlamak amacıyla farklı özelliklere ve amaçlara göre çeşitli şekillerde sınıflandırılabilir. Bu sınıflandırmalar, dağıtım sistemlerinin tasarımını, işletilmesini, güvenilirliğini ve maliyet etkinliğini anlamak açısından büyük önem taşır. Akımın doğasından bağlantı şemalarına, kullanılan yapı türünden hizmet verilen bölgeye kadar uzanan bu çeşitlilik, farklı ihtiyaçlara ve coğrafi koşullara uygun çözümler sunulmasına olanak tanır. Bu bağlamda, dağıtım sistemlerinin temel sınıflandırma kriterlerini incelemek, bu hayati altyapının daha iyi anlaşılmasına ve geliştirilmesine katkı sağlayacaktır.
Bir dağıtım sistemi aşağıdakilere göre sınıflandırılabilir:
4.1. Akımın doğası
Akımın doğasına göre dağıtım sistemi aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir:
d.c. dağıtım sistemi
a.c. dağıtım sistemi
Günümüzde, a.c. sistemi, doğru akım yönteminden daha basit ve daha ekonomik olduğu için elektrik enerjisinin dağıtımında evrensel olarak benimsenmiştir.
4.2. Yapım türü
Yapım türüne göre dağıtım sistemi, havai sistem veya yeraltı sistemi olarak sınıflandırılabilir. Havai sistem genellikle dağıtım için kullanılır çünkü eşdeğer yeraltı sisteminden 5 ila 10 kat daha ucuzdur.
Genel olarak yeraltı sistemi, havai inşaatın pratik olmadığı veya yerel yasalarca yasaklandığı yerlerde kullanılır.
4.3. Bağlantı şeması
Bağlantı şemasına göre dağıtım sistemi şu şekilde sınıflandırılabilir:
Radyal sistem
Halka ana sistem
Birbirine bağlı sistem.
Her şemanın kendine özgü avantajları ve dezavantajları vardır ve bunlar daha sonra tartışılacaktır.
5. AC Dağıtımı
Günümüzde elektrik enerjisinin büyük bir çoğunluğu, üretim santrallerinden başlayarak son tüketicilere ulaşana kadar geçen tüm aşamalarda alternatif akım (AC) biçiminde üretilmekte, yüksek gerilim hatları üzerinden iletilmekte ve yerel dağıtım şebekeleri aracılığıyla dağıtılmaktadır. Bu durum, elektrik enerjisi sistemlerinin temelini oluşturur ve doğru akıma (DC) kıyasla AC'nin sunduğu bir dizi kritik avantajdan kaynaklanmaktadır. Bu avantajların en belirgin ve yaygın olarak kabul gören nedenlerinden biri ise, alternatif voltajın bir transformatör vasıtasıyla büyüklük olarak (yani gerilim seviyesinin) kolaylıkla değiştirilebilmesidir.
Transformatörler, elektromanyetik indüksiyon prensibine dayalı olarak çalışan statik elektrik makineleridir. En temel işlevleri, alternatif akımın frekansını değiştirmeden gerilim seviyesini yükseltmek (step-up) veya düşürmektir (step-down). Bu özellik, modern elektrik enerjisi sistemlerinin verimliliği, güvenilirliği ve ekonomikliği açısından hayati bir öneme sahiptir.
Transformatör, yüksek voltajda alternatif akımı iletmeyi ve güvenli bir potansiyelde kullanmayı mümkün kılmıştır. Yüksek iletim ve dağıtım voltajları, iletkenlerdeki akımı ve bunun sonucunda oluşan hat kayıplarını büyük ölçüde azaltmıştır.
Voltaj veya toplu kapasiteye göre iletim ve dağıtım arasında kesin bir hat yoktur. Ancak genel olarak, alternatif akım dağıtım sistemi, iletim sistemi tarafından beslenen alçaltıcı trafo merkezi ile tüketicilerin sayaçları arasındaki elektrik sistemidir.
Alternatif akım dağıtım sistemi şu şekilde sınıflandırılır: birincil dağıtım sistemi ve ikincil dağıtım sistemi.
Yüksek Gerilim İletiminin Gerekliliği ve AC'nin Avantajı:
Elektrik enerjisinin üretim santrallerinden, genellikle yüzlerce hatta binlerce kilometre uzaklıktaki tüketim merkezlerine taşınması gerekmektedir. Bu uzun mesafeli iletimde enerji kayıplarını en aza indirmek kritik bir faktördür. Elektriksel güç (P), gerilim (V) ve akım (I) arasındaki ilişki P=V×I ile ifade edilir. Aynı miktarda gücü iletirken, gerilimi yükseltmek akımı düşürmeyi sağlar. İletim hatlarındaki enerji kaybı ise akımın karesiyle (I2) ve hattın direnciyle (R) doğru orantılıdır (Pkayıp=I2R). Bu nedenle, yüksek gerilimde (örneğin yüz binlerce volt) iletim yapmak, aynı gücü çok daha düşük akımla taşıyarak iletim kayıplarını önemli ölçüde azaltır ve iletim verimliliğini artırır.
İşte tam bu noktada transformatörlerin eşsiz avantajı devreye girer. Üretim santrallerinde genellikle orta gerilim seviyelerinde üretilen AC elektrik enerjisi, yükseltici transformatörler (step-up transformers) aracılığıyla iletim hatları için gerekli olan yüksek gerilim seviyelerine kolaylıkla yükseltilebilir.
Düşük Gerilim Dağıtımı ve Güvenli Kullanım:
İletim hatlarının sonuna gelindiğinde, yüksek gerilim seviyesi doğrudan tüketiciler (evler, iş yerleri, fabrikalar vb.) için uygun ve güvenli değildir. Bu noktada ise alıçaltıcı transformatörler (step-down transformers) devreye girerek yüksek gerilimi, yerel dağıtım şebekelerinde kullanılacak daha düşük gerilim seviyelerine (örneğin şehirlerde orta gerilim, konutlarda ise alçak gerilim olan 230V gibi) indirirler. Bu sayede elektrik enerjisi, son kullanıcılara güvenli ve cihazlarının çalışmasına uygun bir şekilde ulaştırılır.
Doğru Akımın (DC) Dezavantajları:
Doğru akım (DC) sistemlerinde ise transformatörler prensip olarak çalışmazlar. DC gerilimini değiştirmek için elektronik dönüştürücüler (DC-DC dönüştürücüler) kullanılması gerekir. Bu dönüştürücüler, AC transformatörleri kadar basit, verimli ve ekonomik değildirler. Yüksek güçlü DC gerilim dönüşümü daha karmaşık teknolojiler gerektirir ve enerji kayıpları AC sistemlerine kıyasla daha yüksek olabilir. Bu durum, DC'nin uzun mesafelerde yüksek gerilimde iletilmesini ve farklı gerilim seviyelerinde verimli bir şekilde dağıtılmasını zorlaştırır.
Alternatif voltajın transformatörler aracılığıyla kolaylıkla yükseltilip düşürülebilme özelliği, elektrik enerjisinin üretiminden tüketimine kadar olan tüm süreçlerde AC sistemlerinin tartışmasız bir avantajı ve yaygın olarak tercih edilmesinin temel nedenidir. Bu özellik sayesinde, elektrik enerjisi uzun mesafelere verimli bir şekilde iletilebilmekte ve farklı kullanım ihtiyaçlarına uygun gerilim seviyelerinde güvenli bir şekilde dağıtılabilmektedir. Bu durum, modern elektrik altyapısının temelini oluşturmakta ve günümüzdeki enerji sistemlerinin işleyişi için vazgeçilmez bir unsurdur.
6. Birincil (Primer) Dağıtım Sistemi
Primer dağıtım sistemi, elektrik enerjisinin iletim sisteminden alınarak, daha küçük dağıtım bölgelerine ve büyük tüketicilere yüksek veya orta gerilim seviyesinde taşındığı, dağıtım sisteminin ilk aşamasıdır. Ardından, sekonder dağıtım sistemi ve servis hatları aracılığıyla bu enerji son kullanıcılara alçak gerilimde ulaştırılır.
Pimer dağıtım sistemi, A.C.'nin bir parçasıdır. Genel kullanımdan biraz daha yüksek voltajlarda çalışan ve ortalama düşük voltajlı tüketicinin kullandığından daha büyük elektrik enerjisi bloklarını işleyen dağıtım sistemi.
Birincil dağıtım için kullanılan voltaj, iletilecek güç miktarına ve beslenmesi gereken trafo merkezinin mesafesine bağlıdır.
En yaygın kullanılan birincil dağıtım voltajları 11 kV, 6·6 kV ve 3·3 kV'dir. Ekonomik kaygılar nedeniyle birincil dağıtım 3 fazlı, 3 telli bir sistemle gerçekleştirilir.
Şekil 2 (yukarıda) tipik bir tipik birincil dağıtım sistemini göstermektedir. Üretim istasyonundan gelen elektrik gücü, şehrin içinde veya yakınında bulunan trafo merkezine yüksek voltajda iletilir. Bu trafo merkezinde voltaj, düşürücü trafo yardımıyla 11 kV'a düşürülür. Güç, dağıtım için çeşitli trafo merkezlerine veya bu voltajda büyük tüketicilere verilir.
Bu, yüksek voltaj dağıtımını veya birincil dağıtımı oluşturur.
Referans: | The essentials of AC and DC power distribution systems by V.K. Mehta |
Format: | |
Boyut: | 1.40 MB |
Sayfa: | 74 |
İndirme: | Buraya tıklayınız |
Comments