Yüksek gerilim hatları çevresindeki elektrik alan dağılımının sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmesi
Investigation of electric field distribution around high voltage lines by using finite element method
- Tez No: 934584
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ CELAL FADIL KUMRU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Süleyman Demirel Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 116
Özet
Bu tez çalışması, yüksek gerilim enerji iletim hatlarında kullanılan 154 kV ve 380 kV direk tiplerinin çevresinde oluşan elektrik alan dağılımlarını sonlu elemanlar yöntemiyle analiz etmeyi amaçlamaktadır. Çalışma, enerji iletim hatlarının tasarım parametrelerini ve bu parametrelerin elektrik alan yoğunluğu üzerindeki etkilerini kapsamlı bir şekilde ele alarak, mühendislik ve çevresel değerlendirmeler açısından önemli katkılar sunmayı hedeflemektedir. Bu kapsamda, farklı direk tiplerinin (tek devre, çift devre ve hibrit direkler) geometrik ve elektriksel özelliklerinin elektrik alan yoğunluğunu nasıl etkilediği detaylı bir şekilde incelenmiştir. Analizlerde, modern sayısal araçlardan biri olan sonlu elemanlar yöntemi (SEY) tabanlı COMSOL Multiphysics yazılımı kullanılmış ve farklı direk modelleri için elektrik alan dağılımlarının modellemesi gerçekleştirilmiştir. Çalışma, 154 kV ve 380 kV enerji iletim hatlarında kullanılan tek devre, çift devre ve hibrit direklerin tasarım özelliklerine odaklanmıştır. Özellikle, hibrit direklerin farklı faz düzenlemeleri (M1, M2, M3 tipleri) analiz edilerek bu tip direklerin elektrik alan yoğunluğu ve çevresel etkiler açısından optimizasyon potansiyeli değerlendirilmiştir. Hibrit direklerin faz düzenlemelerinin elektrik alan şiddetini belirgin bir şekilde etkilediği ve bu düzenlemelerin çevresel uyumluluğu artırmada önemli bir araç olduğu ortaya konulmuştur. Bunun yanında, farklı direk tiplerinde iletken yüksekliklerinin, fazlar arası mesafelerin ve devre sayısının elektrik alan yoğunluğu üzerindeki etkileri ayrıntılı bir şekilde analiz edilmiştir. Çalışma kapsamında zaman domeninde (Time Dependent) elde edilen analiz sonuçları, kararlı hal (Stationary) çözümleri ile karşılaştırılarak, geçici durumların ve harmonik etkilerin sistem davranışı üzerindeki etkileri detaylı olarak incelenmiştir. Farklı direk tiplerinin (154 kV, 380 kV ve Hibrit Yapıların) geometrik ve elektriksel özellikleri modellenmiş, faz dizilimleri, hat gerilim seviyeleri ve iletken düzenlemelerinin elektrik alan şiddeti üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. Bu tezde, elektrik alan araştırmalarının yanında harmonik etkiler de detaylı bir şekilde ele alınmıştır. Harmonik etkilerin SEY ile analiz edilmesi, elektrik alan yoğunluğunu artıran faktörlerin belirlenmesi açısından kritik bir önem taşımaktadır. Bunun yanı sıra, iletkende meydana gelen farklı harmonik seviyeleri etkilerinin yarattığı elektrik alan dağılımına olan etkileri de incelenmiş ve bu etkinin enerji kalitesi ve elektromanyetik uyumluluk üzerindeki olumsuz etkileri değerlendirilmiştir. Harmonik etkilerinin minimize edilmesine yönelik optimize edilebilir mühendislik çözümleri önerilmiştir. Elde edilen analiz sonuçları, ICNIRP ve IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineer) gibi uluslararası standartlar tarafından belirlenen sınır değerlerle karşılaştırılmış ve bu standartlara uygunluk değerlendirilmiştir. Tek devre ve çift devre direklerin farklı yükseklik, faz düzeni ve iletken açıklıkları gibi geometrik özelliklerinin elektrik alan yoğunluğu üzerindeki etkileri açıkça ortaya konulmuştur. Hibrit direklerin, özellikle yüksek gerilim hatlarının çevresel etkilerini azaltma ve elektromanyetik alan yoğunluğunu optimize etme konularında güçlü bir potansiyele sahip olduğu gösterilmiştir. Özellikle hibrit direk tasarımlarında faz düzenlemelerinin doğru bir şekilde optimize edilmesinin, elektromanyetik alan yoğunluğunu azaltmada ve çevre dostu enerji iletimi sağlanmasında etkin bir çözüm sunduğu ortaya çıkmıştır. Bu tez çalışması, yüksek gerilim enerji iletim hatlarının elektrik alan dağılımını optimize etmeye yönelik mühendislik çözümleri sunarken, çevresel ve sağlık etkilerini minimize etmeyi hedeflemektedir. Sonlu elemanlar yöntemine dayalı olarak gerçekleştirilen bu analizler, enerji iletim hatlarının güvenli, verimli ve çevre dostu bir şekilde tasarlanmasına yönelik önemli bir bilgi kaynağı sunmaktadır. Çalışma hem teorik hem de pratik düzeyde enerji iletim hattı mühendisliği için değerli bir rehber niteliği taşımakta olup, uluslararası standartlarla uyumlu çözümler sunarak mühendislik tasarımlarına yeni bir perspektif getirmeyi amaçlamaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis aims to analyze the electric field distributions around 154 kV and 380 kV transmission tower types used in high-voltage power lines using the Finite Element Method (FEM). The study comprehensively addresses the design parameters of power transmission lines and their impacts on electric field intensity, offering significant contributions from engineering and environmental perspectives. Specifically, the effects of the geometric and electrical properties of different tower types (single-circuit, double-circuit, and hybrid towers) on electric field intensity have been thoroughly investigated. The analyses were conducted using COMSOL Multiphysics software, a FEM-based modern numerical tool, to model the electric field distributions for various tower configurations. The study focuses on the design characteristics of single-circuit, double-circuit, and hybrid towers used in 154 kV and 380 kV power transmission lines. Special attention has been given to hybrid towers, where the effects of different phase arrangements (M1, M2, M3 types) on electric field intensity and environmental impacts have been evaluated for optimization potential. The findings demonstrate that phase arrangements in hybrid towers significantly influence electric field intensity and serve as a critical tool for enhancing environmental compatibility. Furthermore, the effects of conductor heights, phase spacings, and the number of circuits on electric field intensity for various tower types have been meticulously analyzed. The results obtained in the time domain were compared with stationary solutions to investigate the impact of transient states and harmonic effects on system behavior in detail. The geometric and electrical properties of different tower types (154 kV, 380 kV, and Hybrid Configurations) were modeled, and the impacts of phase arrangements, voltage levels, and conductor layouts on electric field intensity were assessed. In addition to electric field studies, this thesis also extensively examines harmonic effects. The analysis of harmonic effects using finite element method plays a critical role in identifying the factors that increase electric field intensity. The influence of different harmonic levels in conductors on electric field distribution was evaluated, highlighting the adverse impacts of these effects on power quality and electromagnetic compatibility. Engineering solutions aimed at minimizing harmonics effects have also been proposed. The analysis results were compared with the threshold values set by international standards, such as those of ICNIRP (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection) and IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), to evaluate compliance. The effects of geometric properties such as height, phase arrangement, and conductor spacing on electric field intensity for single-circuit and double-circuit towers were clearly demonstrated. Hybrid towers, in particular, were shown to have strong potential in reducing the environmental impact of high-voltage lines and optimizing electromagnetic field intensity. Optimizing phase arrangements in hybrid tower designs has proven to be an effective solution for reducing electromagnetic field intensity and ensuring environmentally friendly energy transmission. This thesis aims to provide engineering solutions for optimizing the electric field distribution of high-voltage power lines while minimizing their environmental and health impacts. These finite element method-based analyses offer a valuable knowledge base for the safe, efficient, and environmentally friendly design of power transmission lines. Serving as a guide for both theoretical and practical advancements in power transmission engineering, the study introduces a new perspective to engineering designs by providing solutions that align with international standards.
Benzer Tezler
- Güç frekanslı magnetik alanlar ve biyolojik etkileri
Power frequency magnetic fields and biological effects
HÜLYA SEVGİ TORAMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2005
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. KEVORK MARDİKYAN
- Corona characteristics and electromagnetic effects of high DC voltages
Yüksek doğru gerilim korona karakteristikleri ve elektromanyetik etkileri
SHAYAN SHAHI GHARAAGHAJI
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. AYDOĞAN ÖZDEMİR
- Aynı direkler üzerinde taşınan çoklu yüksek gerilim enerji iletim hatlarında meydana gelen elektrik-manyetik alan dağılımının matematiksel olarak modellenmesi ve Antalya-Varsak Trafo Merkezinden çıkan hatlar için uygulaması
Mathematical modeling of the electric-magnetic field propagati̇on occuring on multiple high voltage energy transmission lines carried on the same poles and application for lines coming from Antalya-Varsak substation
ABDURRAHMAN TOLGA ERTEM
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZLEM COŞKUN
- Isıl ve elektirksel büyüklükler arasındaki analojiden yararlanarak yüksek gerilim yeraltı kablolarında sıcaklık dağılımının incelenmesi
Analysis of thermal distribution of high voltage underground cables based on analogy between thermal and electrical parameters
ENGİN TOPAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2003
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZCAN KALENDERELİ
- 31.5 kV yer altı enerji nakil hattından yayılan manyetik alanların ölçülmesi ve maruziyetin değerlendirilmesi
Measurement of magnetic fields radiated by 31.5 kV underground transmission line and exposure assessment
NUR GEZER
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET YAHYA TEŞNELİ