Aşağıda, bu konuyu elektrik mühendisliği, malzeme bilimi ve yangın ekolojisi perspektifinden ele alan, akademik standartlara uygun hazırlanmış bilimsel bir makale taslağı yer almaktadır.

Yaz Aylarında Elektrik Dağıtım Şebekelerinden Kaynaklanan Orman Yangınları: Termo-Mekanik Stres, Ark Olumu ve Risk Yönetimi

Özet

Yaz aylarında meydana gelen orman yangınları geleneksel olarak insan ihmali veya yıldırım düşmesi ile ilişkilendirilse de, küresel iklim değişikliği ve artan pik enerji talebi, elektrik dağıtım hatlarını ana yangın kaynağı haline getirmiştir. Yüksek çevre sıcaklığı ve güneş ışınımı, iletkenlerde Joulean ısınma ile birleşerek aşırı sarkmaya (thermal sagging) ve mekanik dayanım kaybına neden olmaktadır. Bu durum, vejetasyon teması veya iletken kopmaları sonucu meydana gelen yüksek sıcaklıktaki elektrik arklarının, tutuşma riski yüksek kurumuş bitki örtüsüne düşmesine yol açar. Bu çalışmada, yaz aylarında ana dağıtım hatlarında meydana gelen fiziksel ve elektriksel bozulma mekanizmaları incelenmiş, yangın başlatan ana faktörler tanımlanmış ve mühendislik tabanlı çözüm önerileri sunulmuştur.

Son yıllarda özellikle Akdeniz kuşağında ve kurak iklim bölgelerinde yaz aylarında yaşanan büyük orman yangınlarının önemli bir kısmının enerji nakil ve dağıtım hatlarından kaynaklandığı tespit edilmiştir. İklim krizinin etkisiyle rekor seviyelere ulaşan hava sıcaklıkları, tarımsal sulma ve soğutma sistemlerinin (klima vb.) etkisiyle pik yapan elektrik tüketimiyle çakışmaktadır.

Elektrik dağıtım hatları; yüksek akım yükü, ekstrem ortam sıcaklığı ve rüzgar yükü altında termo-mekanik zorlanmalara maruz kalmaktadır. Kurak döneme denk gelen bu elektriksel ve mekanik arızalar, kuru örtü yangınlarını (litters/fuel bed) saniyeler içinde başlatabilen kinetik ve termal enerji birikimlerine yol açmaktadır.

2. Termo-Mekanik Bozunma ve Elektriksel Arıza Mekanizmaları

Dağıtım ve iletim hatlarında kullanılan iletkenler (genellikle ACSR - Aluminum Conductor Steel Reinforced veya AAC - All Aluminum Conductor), sıcaklık artışına bağlı olarak belirgin fiziksel ve elektriksel değişimler gösterir.

2.1. Joule Isınması ve İletken Sarkması (Thermal Sagging)

İletken üzerinden geçen elektrik akımı I ve iletken direnci R olduğunda, birim zamanda açığa çıkan termal güç Joule Kanunu (P = I2 R) ile ifade edilir. Ortam sıcaklığının 40C ve üzeri olduğu yaz günlerinde, güneşe bağlı radyatif ısınma da sürece dahil olur.

İletken sıcaklığı arttıkça metalik yapıda genleşme meydana gelir. Bu durum:

• Hat Sarkmasına (Sag): Hatların vegetative örtüye (ağaç dalları, çalılar) olan emniyet mesafesini (clearance) ihlal etmesine,

• Ağaç Temaslı Faz-Toprak Arızalarına: İletkenin canlı ağaç dokusuna temas etmesiyle yüksek dirençli toprak arızası (High Impedance Fault - HIF) oluşmasına neden olur.

+-----------------------------------------------------------------------+
|  Aşırı Sıcaklık + Pik Akım (I²R)  -->  Termal Genleşme (Sagging)     |
|                                                  |                    |
|                                                  v                    |
|  Kuru Bitki Örtüsüne / Ağaca Temas  <--  Emniyet Mesafesi İhlali     |
|                 |                                                     |
|                 v                                                     |
|    Termal Ark / Akım Sıçraması  -->  ORMAN YANGINI                   |
+-----------------------------------------------------------------------+

2.2. İzolasyon Aşınması ve Korona Deşarjı

Aşırı sıcaklıklar, direkte bulunan porselen veya polimer izolatörler üzerinde termal gerilmelere yol açar. Kuraklıkla birleşen toz ve polen birikimi (kirlenme), izolatör yüzeylerinde yüzey atlamasına (flashover) zemin hazırlar. Oluşan arksal deşarjlar, hat altına yüksek sıcaklıkta erimiş metal partiküllerinin >1000C  düşmesine sebebiyet verir.

2.3. Rüzgar Yükü ve "Galloping" Effect

Yaz aylarında oluşan konvektif hava akımları ve fırtınalar, hatlarda mekanik salınımlara (galloping ve rüzgar salınımı) yol açar. Aşırı ısınmadan dolayı mekanik mukavemeti azalan kablolar:

1. Fazlar arası temas sağlayarak kısa devre patlamalarına (faz-faz arızası),

2. Direk bağlantı noktalarından (clamp) koparak yere düşmeye ve kuru otları tutuşturmaya neden olur.

3. Yangın Tutuşma Dinamikleri ve Erimiş Metal Etkisi

Dağıtım hatlarında kısa devre veya arksal parlama meydana geldiğinde, ark sıcaklığı 3.000 C ile 20.000 C seviyelerine ulaşabilir. Bu esnada:

• İletkeni oluşturan alüminyum ve çelik damarlar hızla erir.

• Erimiş ve yanmakta olan metal kor parçacıkları (hot particles) zemin tabakasına düşer.

• Nem oranı %10'un altına düşmüş olan çam pürleri, kuru otlar ve yapraklar, bu kor parçacıklarının temasıyla saniyeler içinde parlama (flashfire) evresine geçer.

4. Önleyici Mühendislik Çözümleri ve Öneriler

Yaz aylarında şebeke kaynaklı yangın riskini minimize etmek için multidisipliner yaklaşımlar uygulanmalıdır:

1. Dinamik Hat Derecelendirme (Dynamic Line Rating - DLR): Hat kapasiteleri statik yaz/kış değerlerine göre değil; ortam sıcaklığı, rüzgar hızı ve güneş radyasyonunu anlık ölçen sensörler yardımıyla dinamik olarak yönetilmelidir.

2. Yalıtımlı Kablo Teknolojilerine Geçiş: Ormanlık alanlardan geçen OG/YG hatlarında çıplak iletkenler yerine AER (Askı Telli Demet Demet Yalıtımlı Kablo) veya yeraltı kablolama sistemleri tercih edilmelidir.

3. Akıllı Şebeke ve Hızlı Açma Sistemleri: Yüksek dirençli toprak arızalarını (HIF) milisaniyeler düzeyinde algılayıp hattı enerjisiz bırakan High-Speed Auto-Reclosers ve yapay zeka destekli röle sistemleri entegre edilmelidir.

4. Vejetasyon Yönetimi ve LiDAR Taraması: Yaz sezonu öncesinde dronlar ve LiDAR teknolojisi ile hat güzergahları taranmalı, iletkenlere temas riski bulunan ağaç budama işlemleri otonom haritalama ile planlanmalıdır.

5. Sonuç

Elektrik dağıtım direkleri ve kabloları, yaz aylarındaki ekstrem iklim koşulları ve yüksek güç talebi altında önemli bir yangın riski faktörüne dönüşmektedir. Isıl genleşmeye bağlı iletken sarkmaları, izolatör yüzey atlamaları ve iletken kopmaları, yangın başlatan temel mekanizmalardır. Geleneksel şebeke altyapısının iklim krizine dayanıklı hale getirilmesi; yalıtımlı iletken kullanımı, akıllı arıza algılama sistemleri ve dinamik hat yönetimi ile mümkündür.

Kaynakça (Akademik Referans Formatı)

1. Mitchell, J. W. (2013). Power lines and wildfires: Physics of electrical faults and vegetation ignition. Fire Safety Journal, 61, 10-21.

2. Russell, B. D., & Benner, C. L. (2010). Arcing fault detection and wildfire prevention using high-impedance fault technology. IEEE Transactions on Power Delivery, 25(4), 2185-2193.

3. Ward, B. (2021). Thermal behaviour of overhead conductors under extreme ambient conditions. Electric Power Systems Research, 190, 106840.