ENERJİ İLETİM HATLARINDA YILDIRIM KAYNAKLI GEÇİCİ AÇMALARIN TOPRAKLAMA SİSTEMİ AÇISINDAN ANALİZİ

Abstract

Enerji İletim Hatları yıl içerisinde birçok arıza yaşamaktadır. Bu arızalar başlıca buz yükü arızaları, güzergah kaynaklı arızalar, üçüncü şahıs etkisiyle meydana gelen arızalar, iletken ve hırdavatların zarar görmesi, yıldırım kaynaklı açmalar vb. olarak çeşitlendirilebilir. Bu başlıklar içerisinde en fazla arızaya sebep olan arıza kaynaklarından biriside yıldırımdır. Yıldırım hakkında literatürde genellikle izolatör boyu, yıldırım darbe gerilimleri ve genel koruma sistemleri üzerine odaklanılmış; ancak farklı topraklama yapılarına ve özellikle bölgesel toprak özelliklerine bağlı olarak yıldırımın iletim hatlarında neden olduğu açmalara dair bütüncül modellemeler yeterince geliştirilmemiştir. Bu tez çalışmasında önerilen yaklaşım, yıldırım kaynaklı geçici açmaların farklı toprak yapılarında, alternatif topraklama sistemleri ve konfigürasyonları altında performansını analiz etmeye yöneliktir. Bu yönüyle, sadece tek bir sistemin incelenmesi değil; sahada ölçülen toprak özgül dirençlerine dayalı olarak çoklu senaryolarla topraklama empedanslarının modellenmesi ve yıldırım darbe gerilimine karşı sistem tepkisinin değerlendirilmesi söz konusudur. Böylece hem toprağın yapısal özellikleri hem de farklı topraklama elektrotlarının yıldırıma karşı etkinliği birlikte analiz edilecektir. Çalışmada kullanılacak sayısal modelleme yöntemleri (IPI2WIN ve PSCAD) daha önce farklı araştırmalarda ayrı ayrı uygulanmış olsa da bu iki yazılımın entegre şekilde, gerçek saha verileriyle desteklenerek, yıldırım geçici açmaları özelinde kullanılması literatürde sınırlı örneğe sahiptir ve bu yönüyle tez çalışması önemli bir yenilik sunmaktadır. Elde edilecek sonuçlar, hem iletim hatlarının yıldırım darbesine karşı güvenliğinin artırılması hem de bölgesel zemin özelliklerine göre farklılaşan mühendislik çözümlerinin uygulanması açısından TEİAŞ ve benzeri kurumların saha planlamalarına doğrudan katkı sunabilecek niteliktedir. Ayrıca bu çalışma, enerji iletim sistemlerinde topraklama altyapısının yıldırıma karşı yeniden değerlendirilmesi ve optimum topraklama tasarımlarının belirlenmesi açısından bilimsel literatüre özgün katkı sağlayacaktır. Bu çalışmada, enerji iletim hattı direklerinde yıldırım kaynaklı geçici açmaların topraklama sistemleri üzerindeki etkileri hem sayısal modelleme hem de saha ölçümleri yoluyla analiz edilecektir.

High Voltage Transmission Lines are subject to numerous faults throughout the year. These faults can be broadly categorized as ice load failures, route-related faults, third-party interferences, mechanical damage to conductors and fittings, and lightning-induced disconnections. Among these, lightning is one of the most significant causes of faults. While previous studies in the literature have primarily focused on parameters such as insulator length, lightning impulse voltages, and general protection systems, comprehensive modeling approaches that consider different grounding configurations and regional soil characteristics in relation to lightning-induced faults remain limited. This thesis proposes a novel approach to analyze the performance of grounding systems under various soil structures and configurations in response to lightning-induced transient disconnections. Rather than examining a single system, multiple scenarios are modeled based on field-measured soil resistivity values, enabling a comparative evaluation of system responses to lightning impulses. In this way, the combined effect of soil structural characteristics and different grounding electrode designs can be thoroughly assessed. Although the numerical modeling tools employed in the study (IPI2WIN and PSCAD) have been previously used separately in different research contexts, their integrated use with real field data in the specific context of lightning-induced transient faults is relatively rare in the literature. Therefore, this thesis provides a novel contribution to the field. The outcomes of this study are expected to directly inform the field planning practices of organizations such as TEİAŞ by contributing to the development of engineering solutions tailored to regional soil conditions and enhancing the lightning protection of transmission lines. Furthermore, the study offers an original academic contribution by re-evaluating grounding infrastructure in transmission systems and identifying optimal grounding designs against lightning strikes. The effects of lightning-induced transient disconnections on grounding systems will be analyzed through both numerical modeling and field measurements.