Elektrik İletim Ekipmanları Sismike Yeterliliği: Sismik Yalıtım ile Güçlendirme

Deprem Riski ve Enerji Altyapısı

Türkiye gibi deprem kuşağında yer alan ülkelerde enerji altyapılarının güvenliği, yalnızca

Elektrik İletim Ekipmanları Sismike Yeterliliği: Sismik Yalıtım ile Güçlendirme

bireysel yapıların dayanıklılığı açısından değil toplumsal devamlılık açısından da kritik bir konu. Elektrik iletim ekipmanları trafo merkezleri, şalt sistemleri, hat destekleri ve ölçüm sistemleri gibi bileşenler depremin yatay ve düşey kuvvetlerine doğrudan maruz kaldığında ciddi zarar görebilir. Bu zararlar yalnızca ekipman maliyetini artırmakla kalmaz, aynı zamanda enerji kesintisi, altyapı çökmesi ve toplumsal maliyetler doğurur.

Bu noktada “elektrik iletim ekipmanları sismike yeterliliği” kavramı öne çıkar: Yani bu ekipmanların deprem koşulları altında güvenli çalışabilir durumda olması ya hasar görmeden, ya da hızlı onarımla devreye dönebilir durumda olması. Sismik yalıtım (deprem izolasyonu) teknikleri ve güçlendirme yaklaşımları, bu hedefe ulaşmak için etkili yöntemler arasında yer alır.

Bu yazıda elektrik iletim ekipmanlarında sismik yalıtım ve güçlendirme kavramlarını, avantajlarını, uygulama stratejilerini ve saha pratiğini bir “deprem bilimci / mühendis bakış açısı” ile ele alacağız.

1. Temel Kavramlar: Sismik Yalıtım, Sönümleme ve Performans

Sismik yalıtım (deprem izolasyonu), yapı ya da ekipman ile zemin arasına özel izolatör elemanları koyarak, deprem titreşimlerinin doğrudan iletilmesini azaltma yöntemidir. Bu izolatörler, yatay kayma esnekliği sağlayarak enerjiyi sönümleme ve cihazın doğal salınım periyodunu değiştirme işlevleri görür.

Sönümleme (damping) elemanları, deprem enerjisinin ısıya dönüşmesini sağlar; bu da titreşim genliği ve kuvvetlerini azaltır. İzolatör sistemleri genellikle belirli bir sönümleme bileşeni içerir veya ayrı sönümleyici elemanlarla birlikte çalışırlar.

Deprem mühendisliği literatürüne göre iyi tasarlanmış bir izolatör sistemi, sabit tabanlı (non-isolated) yapıya kıyasla taban kayması ve tepe ivme değerlerini önemli ölçüde azaltabilir.

Elektrik iletim cihazları özelidir: bu cihazların kütle dağılımı, rijitliği, bağlantı detayları, titreşim modlarının birbirinden farklı oluşu, sismik izolasyon tasarımını daha karmaşık hale getirir. Örneğin, bir trafo manyetik çekirdek, yağ tankı, asma kablo bağlantıları gibi bileşenlerle heterojen bir yapıya sahiptir.

2. Elektrik İletim Ekipmanlarında Sismik İzolasyon Uygulamaları

2.1 Trafo ve Panolar için İzolatör Uygulamaları

Akıllı bir yöntem olarak trafo gövdesi ile temel platformu arasında izolatör bağlantıları konulabilir. Örneğin, “unbonded annular elastomeric isolators” kullanılarak 30 MVA’lık trafonun sismik izolasyonu üzerine yapılan bir çalışmada başarılı sonuçlar elde edilmiştir

Shake table (titreşim masası) deneyleri de göstermiştir ki LRB (lead-rubber bearing), Triple-FP sürtünmeli yatak vb. tip izolatörler, transformatörlerde titreşim genliğini düşürmek açısından etkilidir.

Bunlara ek olarak, enerji santralleri ve kritik tesislerde kullanılan sismik izolasyon modülleri, deprem sonrası sistemin çabuk toparlanmasını sağlar. Örneğin THK, ekipman seviyesinde izolatör modüller geliştirerek kuruluşların üretim kesintisini azaltmayı hedeflemiştir.

2.2 Şalt, Hücre ve Kablo Test Sistemleri

Şalt sistemleri, kesiciler, kubbeler ve devre ayırıcılarda titreşim etkisini azaltmak için sönümleyici destekler ve izolatörler kullanılabilir. Aslında, enerji santrali dışındaki kritik ekipmanlara uygulanan sismik izolasyon örnekleri fabrikalarda da yaygınlaşmaktadır.

Hidrokarbon, fosil yakıt ya da nükleer santrallerde kullanılan ekipmanlarda “mid-height isolation” gibi özel izolasyon sistemleri önerilmiştir — özellikle nükleer santrallerde kritik cihazların sismik koruması üzerine makaleler mevcuttur.

2.3 Altyapı Desteği ve Eleman Güçlendirme

Enerji iletim hatlarında kule ve direk temellerinde sismik yalıtım uygulamaları nadiren doğrudan kullanılır; burada daha çok çelik güçlendirme, takviye kuşakları ve dinamik analizlerle yapı performansı iyileştirilir. Ancak hat destek noktasındaki izolatörlü bağlantılar deneysel araştırma konusudur.

Ayrıca, şalt sahalarında kullanılan beton kabinler ya da beton muhafazalar üzerine izolatör yerleştirilmesi düşünülmektedir. Bu sayede hem yapı hem de içindeki ekipman birleşik olarak korunabilir.

3. Stratejiler ve Adımlar: Sismik Yeterliliği Artırma

Elektrik iletim ekipmanlarında sismik yeterliliği artırmak için uygulanabilecek adımlar aşağıdaki gibidir:

3.1 Performans Değerlendirmesi / Zarar Analizi

• Öncelikle mevcut sistemlerde “yapı deprem performans değerlendirmesi” yapılmalıdır: Bu değerlendirme, ekipmanın zayıf bağlantı noktalarını, modları ve hasar potansiyelini ortaya çıkarır.

• Kritik altyapı açısından senaryolu analizler ile hangi ekipmanların arıza-kırılma riski taşıdığı belirlenmelidir.

• Sismik analize dayalı modelleme ve zaman tanım alanı analizleri ile cihazların yatay, düşey ve burulma modları incelenmelidir.

3.2 İzolatör / Sönümleyici Seçimi ve Yerleşim

• İzolatör tipi (LRB, elastomerik, sürtünmeli, hibrit) seçimi cihazın dinamik özelliklerine (kütle, rijitlik, doğal frekans) göre yapılmalıdır.

• İzolatör yerleşimi dikkatle planlanmalıdır: simetrik yerleşim genelde tercih edilir, fakat asimetrik yükler varsa özel çözüm gerekir.

• Sönümleyici elemanlar (örneğin viskoz sönümleyiciler) ile izolatör sistemi tamamlanmalıdır. Bu, enerji emilimini artırır ve rezonansları düşürür.

• İzolatörlerin taşıma kapasitesi, ömür, yorulma direnci ve bakım gereksinimleri göz önünde bulundurulmalıdır.

3.3 Güçlendirme ve Koordinasyon

• Eğer mevcut ekipmanlar izolatör koymaya elverişli değilse, yapı (temel plakası, platform) güçlendirilmelidir.

• İzolatör sistemi devreye alındıktan sonra cihaz ile bağlantı elemanları (bolt bağlantılar, ankrajlar) kontrol edilmeli, sismik bağlantılar optimize edilmelidir.

• Cihazlar arası senkronizasyon, titreşim yalıtımı ve devre stabilitesi birlikte düşünülmelidir: İzolatör sistemi, ekipmanın işlevselliğini bozmayacak şekilde entegre edilmelidir.

3.4 Test, İzleme ve Bakım

• İzolatör sistemlerinin prototip testleri (shake table testleri, yerinde performans testleri) yapılmalıdır.

• İzolatör elemanlarının deformasyon, çatlak, aşınma gibi durumları izleyecek yapı sağlığı izleme sistemleri kurulmalıdır.

• Periyodik bakım ile performansın sürdürülebilir olması sağlanmalıdır.

4. Avantajlar, Zorluklar ve Maliyet Etkisi

Avantajlar

• Deprem sonrası sistemin hızlı çalışmaya dönme kabiliyeti: İzolatörler sayesinde ekipman daha az hasar görür, onarım süresi kısalır.

• Toplam maliyetin düşmesi: İlk yatırım maliyeti yüksek olsa da ekipman hasarı, değiştirme maliyeti ve iş kesintisi maliyetlerinin azaltılması sayesinde avantaj sağlar.

• Kritik altyapı güvenliği: Enerji kesintileri toplumsal ve ekonomik zarar doğurabilir; sismik yalıtım altyapının sürdürülmesini destekler.

Zorluklar

• Yüksek ilk maliyet: İzolatör elemanları, mühendislik tasarımı ve kurulum süreçleri geleneksel yaklaşımlara kıyasla maliyeti artırır.

• Karmaşık dinamik etkileşimler: Elektrik iletim cihazları heterojen bileşen içerdiğinden tasarım ve analiz süreci daha karmaşıktır.

• Alan kısıtlamaları: Özellikle tesis sahasında izolatör yerleştirme için yatay mesafe gerekebilir.

• Uyum ve standardizasyon: Mevcut standartlar (örneğin IEEE 693 gibi şalt sistemlerinin sismik tasarımı üzerine öneriler) referans alınmalıdır.

5. Uygulama Örnekleri ve Saha Deneyimi

• Bilimsel literatürde “Seismic isolation of a high-voltage power transformer” başlıklı çalışma, 30 MVA trafoda elastomerik izolatör uygulanarak titreşimlerin azaltıldığını göstermiştir.

• THK firmasının ekipman seviyesinde izolatör modüllerle yaptığı sistemler, deprem sonrası sistemin hızlı toparlanmasına katkı sağlamıştır.

• Bir shake table çalışmasında, elektrik cihazlarının izolatör ile korunmasının titreşim genliğini azaltma yönünde etkili olduğu deneysel olarak doğrulanmıştır.

• Substation (şalt istasyonu) ekipmanlarında sismik sönümleyici cihazların uygulanması üzerine ASCE makalesi mevcuttur.

• IEEE 693 standardı, sismik tasarım kriterleri ve ekipman yeterlilik sınırları konusunda rehberlik sağlar.

Sonuç

Elektrik iletim ekipmanlarının sismike yeterliliği, enerji altyapısının deprem dayanıklılığını artırmak açısından hayati bir konu. Sismik yalıtım teknikleri, izolatör ve sönümleyici sistemler, güçlendirme stratejileriyle birlikte uygulandığında, yalnızca ekipmanları korumakla kalmaz; sistem sürekliliğini, operasyonel güvenliği ve toplumsal maliyetleri de azaltır.

Bu tür projelerde disiplinlerarası yaklaşım (deprem mühendisi, elektrik mühendisi, makina mühendisi) gerekir. Her tesisin kendine özgü dinamik karakteristikleri vardır; bu yüzden her proje ayrı analiz, uygulama ve test süreçleri gerektirir.

Projeleriniz ve test süreçleriniz için bizimle iletişime geçiniz.