Enerji iletim hatlarına baktığımızda genellikle sadece devasa direkleri ve telleri görürüz. Ancak yeraltı enerji iletiminde kullanılan Yüksek Voltaj (YG) ve Orta Gerilim (OG) kabloları, mühendislik harikası, çok katmanlı karmaşık yapılardır. Çoğu kişi kablonun sadece bakır (iletken) ve plastikten (yalıtkan) oluştuğunu düşünür. Ancak bu iki ana malzemenin arasında, hayati bir görev üstlenen siyah, ince katmanlar bulunur: Yarı İletken Katmanlar (Semiconducting Layers).
Bu yazımızda, kablo ömrünü belirleyen ve elektriksel stresi kontrol altına alan bu kritik katmanların neden vazgeçilmez olduğunu teknik detaylarıyla inceliyoruz.
Modern bir XLPE (Çapraz Bağlı Polietilen) kabloyu kestiğinizde, merkezden dışa doğru şu yapıyı görürsünüz:
İletken (Bakır veya Alüminyum)
İç Yarı İletken Tabaka (Conductor Screen)
İzolasyon (XLPE)
Dış Yarı İletken Tabaka (Insulation Screen)
Metalik Ekran ve Dış Kılıf
Görüldüğü gibi, ana izolasyon malzemesi olan XLPE, iki yarı iletken tabaka arasında bir "sandviç" gibi sıkıştırılmıştır.
Yüksek voltaj, affedici değildir. En ufak bir hava boşluğu veya yüzey pürüzü, kablonun kısa sürede patlamasına neden olabilir. Yarı iletkenlerin temel amacı Elektrik Alanını Homojenize Etmektir.
Bunu iki ana başlıkta inceleyelim:
Kabloların merkezindeki iletkenler, genellikle bükülü tellerden (örgü yapı) oluşur. Bu bükülü yapı, yüzeyde girintili çıkıntılı, düzensiz bir geometri yaratır.
Sorun: Eğer yalıtkan (XLPE) doğrudan bu düzensiz metal yüzeye kaplansaydı, tellerin sivri noktalarında elektrik alan stresi aşırı yoğunlaşacaktı. Bu durum, "Kısmi Boşalma" (Partial Discharge) dediğimiz kıvılcımlanmalara ve izolasyonun delinmesine yol açardı.
Çözüm: İç yarı iletken tabaka, metal iletkenin üzerine kusursuz bir silindir gibi kaplanır. İletkenle aynı potansiyelde olduğu için, elektrik alanı düzensiz metal yüzeyden değil, yarı iletkenin pürüzsüz silindirik yüzeyinden başlar. Bir nevi iletken etrafında pürüzsüz bir "Faraday Kafesi" oluşturur.
Aynı mantık, izolasyonun dış yüzeyi için de geçerlidir.
Sorun: İzolasyon ile dıştaki metalik ekran (bakır şeritler veya teller) arasında hava boşlukları kalabilir. Yüksek voltaj altında bu hava boşlukları iyonize olur ve izolasyonu dışarıdan kemirmeye başlar.
Çözüm: Dış yarı iletken tabaka, izolasyonun üzerine sıkıca yapışarak hava boşluğunu sıfırlar ve elektrik alanının metalik ekrana (toprağa) düzgün bir şekilde dağılmasını sağlar.
Yarı iletken katmanlar ne tam metaldir ne de tam plastiktir. Genellikle polimer (polietilen veya kopolimer) bazlı bir matrisin içine yüksek miktarda Karbon Siyahı (Carbon Black) karıştırılarak elde edilirler.
Karbon Siyahı: Malzemeye iletkenlik özelliğini ve o karakteristik siyah rengini verir.
Saflık Önemi: Bu katmanlarda kullanılacak malzeme "Süper Pürüzsüz" (Super Smooth) olmalıdır. Mikroskobik bir karbon topaklanması veya kirlilik, elektrik ağacı (electrical treeing) oluşumunu tetikleyerek kablonun ömrünü 30 yıldan 3 aya düşürebilir.
Kablo ek ve başlık montajı yapan teknisyenler (jointer) için dış yarı iletkenin tipi çok önemlidir:
Tam Yapışık (Fully Bonded): Genellikle Yüksek Gerilim (154kV, 380kV) kablolarında kullanılır. İzolasyondan ayırmak için özel tıraşlama aparatları gerekir. Arayüzde boşluk kalma riski en düşüktür.
Soyulabilir (Strippable): Genellikle Orta Gerilim (36kV) kablolarında tercih edilir. Montaj sırasında ısıtılıp çizilerek muz kabuğu gibi soyulabilir. İşçiliği kolaylaştırır ancak üretim teknolojisi hassastır.
Bir kablonun kalitesini belirleyen en önemli faktörlerden biri, yarı iletken tabakaların pürüzsüzlüğü ve izolasyonla olan arayüzünün mükemmelliğidir. Gözle görülmeyen mikroskobik hatalar, yeraltında binlerce voltluk gerilim altında felaketlere yol açabilir. Bu nedenle yarı iletken teknolojisi, kablo üretiminin en kritik prosesidir.
Enerji iletiminin güvenliği, bu ince siyah katmanların omuzlarındadır.
