Elektrik güç sistemlerinde manyetik alan ekranlanmasının incelenmesi

Abstract

Kamu ve endüstriyel alanlarda, aşırı düşük frekanlı (ELF) güç sistemleri tarafından üretilen manyetik alanların azaltılması güncel bir problemdir. Ana ELF manyetik alan kaynaklarına güç kabloları, güç iletim hatları, şalt sahaları, trafo merkezleri vb. örnek olarak verilebilir. Özellikle yeraltı yüksek gerilim kabloların ekranlaması son zamanlarda büyük dikkat çekmektedir. Manyetik alanlar, duyarlı elektrik ve elektronik cihazların çalışmaları üzerinde olumsuz etki yapmaktadır. Bunlardan en bilineni manyetik alan seviyesi 0,5-1 µT olması durumunda TV, bilgisayar, elektron mikroskobu gibi tüplü monitorlar üzerinde titreşim etkisi yapmasıdır. Son zamanlarda, bu alanların insan sağlığı üzerinde olumsuz etkiler yaptığı konusunda kaygılar vardır. Sonuç olarak, manyetik alanların cihazlar ve insan sağlığını üzerindeki sınır değerler belirlenmeli ve gerekli ise manyetik ekranlama yapılmalıdır.Bu tez çalışmasında, iki ana manyetik alan problemi üzerinde çalışılmıştır. Birinci olarak, düzgün dağılımlı bir manyetik alan içerisinde kalan, silindirik ferromanyetik (Fe-Si) ekran için ekranlama verimliliğinin hesabı analitik, sonlu elemanlar ve yapay sinir ağları gibi üç farklı yöntem kullanılarak yapılmıştır. Yöntemlerin hepsinde ekranın doğrusal olmayan histerisiz etkisi dikkate alınmıştır. Yöntemlerin performansı birbiriyle ve ölçüm sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Hesaplamalar farklı ekran yarıçapı, kalınlığı, uygulanan alanın genliği ve frekansa bağlı birçok durum için yapılmıştır. İkinci olarak, yeraltı yüksek gerilim kablolarının ekranlanmasında çeşitli ekran malzemelerin ekranlama verimliliği incelenmiştir. U-biçimli oluk ekran içerisine yerleştirilmiş kabloların üzeri düz bir ekranla kapatılmış kablo yerleşimi üçgen ve düz olması durumda incelemeler yapılmıştır. Ekranlama verimliliği, aynı geometri için alüminyum ve iki adet ferromanyetik ekran için incelenmiştir. Hesaplama sonuçları ölçümlerle doğrulanmıştır. Ayrıca, kontak direncinin ekranlama üzerindeki etkisi incelenmiş, kontak direnci etkisini dikkate alan sonlu elemanları kullanılan bir devre yöntemi önerilmiştir.