Enerji iletim hat yakınına düşen yıldırım boşalmalarının oluşturduğu elektrik ve manyetik alanlar

Abstract

Yıldırım, oluşturduğu ve taşıdığı büyük elektrik yükü ve akımlarla çevreye, enerji sistemlerine ve canlılara zarar verebilmektedir. Günümüze kadar süregelen ve hâla önemli bir araştırma konusu olan yıldırım akımı, araştırmalar ve deneyler neticesinde, farklı modellerle neredeyse matematiksel olarak ifade edilebilmektedir. Yıldırım akımının hem direk hem de endüklenerek etki ettiği havai iletim hatları, oluşan akımın hat üzerindeki etkisini önleyici ya da en aza indirgeyecek şekilde dizayn edilmektedir. Ancak değişken karakteristiğe sahip olan yıldırım akımının, oluşturduğu elektromanyetik alan da, hat üzerinde değişik genliklerde endüklenmektedir. Yıldırım akımının endüklenmeyle havai iletim hattında oluşturduğu elektromanyetik alanın konu alındığı bu çalışmada, yıldırım sonucu oluşan geri dönüş darbe akımının (return stroke current) matematiksel olarak ifade edildiği, elektromanyetik alan hesaplamasına uygun bir RSC (Return Stroke Current) modeli seçilmiştir. Yıldırım akımının meydana getirdiği elektrik ve manyetik alanların matematiksel olarak belirlenmesinde yine bir LEMP (Lightning Electromagnetic Pulse) modeli seçilmiştir. Seçilen modeller, yıldırım kanalına uygun akımların verilmesi için düzenlenmiştir. Yıldırım akımı olarak pozitif akım dalgası, kare akım dalgası ve son olarak da parçalı geri dönüş darbe akımı seçilmiş ve matematiksel tanımı yapılarak seçilen modellere göre tekrar düzenlenmiştir. Akımların havai iletim hattında oluşturduğu yatay, dikey elektrik alan ve manyetik alan eşitlikleri uygun parametrelerle MATLAB'da geliştirilen bir program vasıtasıyla bulunmuştur. İletim hattından olan yatay ve dikey mesafelerin değişik geri dönüş darbe akım genliklerindeki etkileri; iletim hattında oluşan manyetik alan yoğunlukları, yatay elektrik alan yoğunlukları, dikey elektrik alan yoğunlukları ve toplam elektrik alan yoğunlukları ile birlikte elde edilmiştir.

Lightning, can damage the environment, energy systems via carrying electric charges and large currents. Lightning current, today still important research subject that continuing to the present, as a result of researching and experiments, almost can be expressed in mathematically with different models. Overhead transmission lines, effected either directly or inducing by the lightning current, have designed to minimize or prevent the effect of the current occur on the line. Electromagnetic field that generated by the lightning current has variable characteristic, can be induced in different amplitudes on overhead transmission lines. In this study, which focused on electromagnetic field created by the lightning current via inducing, a RSC (Return stroke current) model preferred that is a mathematical definition of lightning return stroke current as a result of lightning, and is available for calculation of electromagnetic field. Also another LEMP (Lightning electromagnetic pulse) model is selected, for definition of electromagnetic fields are formed with lightning current. The models are rearranged for injection of appropriate currents to the lightning current. Positive current wave, square current wave and finally piecewise return stroke current are decided as lightning current and according to selected models with mathematically definition. Horizontal, vertical electric field and magnetic field equations of those currents are obtained by means of a program developed in MATLAB with convenient parameters. The effects of horizontal and vertical distances from the transmission line at various return stroke current magnitudes are investigated together with the magnetic field intensities, the horizontal electric field intensities, the vertical electric field intensities and the total electric field intensities occurred on the overhead transmission line.