Yüzey hattı konfigürasyonunda gradyan kontrol iletkenleri ve hippopotamus optimizasyon algoritması kullanılarak gömülü boru hatlarında indüktif kaplanma etkilerinin azaltılması

Güç hatlarının gömülü boruları neden sessizce tehdit edebildiği

Dünya genelinde yüksek gerilim enerji iletim hatları ile yeraltı boru hatları sıklıkla aynı dar kamusal şeritleri paylaşır. Bu alan ve maliyet tasarrufu sağlar—ancak gizli bir tehlike oluşturabilir. Dev iletim hatlarındaki elektrik akımları, yakınlardaki metal borularda gerilim indükleyebilen manyetik alanlar üretir. Bu görünmez gerilimler işçilere elektrik veren ve çeliği yavaşça aşındıran etkilere yol açabilir. Bu çalışma, sorunun ne kadar ciddi olabileceğini inceliyor ve hem insanları hem de boru hatlarını korumaya yönelik akıllı yöntemleri test ediyor.

Ayaklarımızın altındaki gizli akımlar

Gömülü çelik boru hatları yüzlerce kilometre boyunca petrol, gaz ve kimyasallar taşırken, havai hatlar yüzbinlerce volt seviyesinde elektrik iletir. Bu iki sistem yan yana gittiğinde, enerji hattındaki alternatif akım bir transformatörün primer bobini gibi davranır ve boru da sekonder bobin olur. Hattaki değişen manyetik alan, boru boyunca bir elektrik gerilimi ve boru ile çevresindeki toprak arasında bir akım indükler. NACE gibi uluslararası güvenlik kuruluşları, elektrik çarpması ve aşırı korozyonu önlemek için bu tür indüklenmiş gerilimler için yaklaşık 15 volt civarında tavsiye edilen bir üst sınır belirlemiştir, ancak birçok gerçek güzergâh bu düzeyi aşabilmektedir.

İnsanlar ve çelik için riski ölçmek

Yazarlar, klasik elektromanyetik yasalar ve standart devre teorisine dayanan ayrıntılı bir matematiksel model kurarak Cezayir’in kuzeyinde bir 400 kilovolt hattın manyetik alanını ve yakınındaki 40 kilometrelik gömülü bir boru hattı üzerindeki ortaya çıkan gerilimi tahmin ederler. Ardından bu gerilimleri iki somut riske çevirirler. Birincisi, yerde duran ve boruya dokunan bir kişiden hangi akımın geçeceğini tahmin ederler; bunu kalp fibrilasyonu ve şokta hayatta kalma süreleriyle ilgili tıbbi verilerle karşılaştırırlar. İkincisi, aynı girişimin borunun koruyucu kaplamasındaki küçük kusurlar üzerinden yük iterek korozyonu nasıl hızlandırdığını hesaplarlar. Sonuçlar düşündürücüdür: tipik 40 metre yanal ayırımda indüklenen gerilim yaklaşık 43 volta ulaşmakta—NACE sınırının neredeyse üç katı—bu da hem ciddi yaralanma hem de hızlanmış metal kaybının olası olduğu şok akımları ve korozyon akım yoğunlukları üretir.

Tehlikeli gerilimleri dizginlemek için basit bir tel kullanmak

Sistemi güvenli bir aralığa geri getirmek için ekip, sanayide zaten kullanılan ancak her zaman dikkatle optimize edilmeyen bir azaltma yöntemini araştırır. Boruya yakın ve paralel olarak gömülen uzun bir çıplak bakır iletken—gradyan kontrol iletkeni—eklerler; bu iletken boruya doğru akımı engelleyen ancak alternatif akıma izin veren özel cihazlarla bağlanır. Etkili olarak bu ek iletken, indüklenen akımlar için daha kolay bir yol sağlar ve boru boyunca gerilim farklarını düzleştirir. Simülasyonlar, kurulduktan sonra boru üzerindeki tepe indüklenen gerilimin yaklaşık 43 volttan 15 voltluk güvenlik hedefine yakın bir değere düştüğünü gösterir. Sonuç olarak, bir kişinin üzerinden geçen tahmini elektrik şok akımı ve korozyonu tetikleyen akım yoğunluğu her ikisi de kritik sınırların çok altına düşer.

Gökyüzü donanımını bir algoritmaya yeniden düzenletmek

Araştırmacılar daha iddialı bir soru da sorarlar: girişimi daha da azaltmak için havai iletkenlerin düzenini yeniden tasarlayabilir miyiz? Tüm olası düzenleri elle incelemek pratik olmaz, bu yüzden hippo(topamus)ların bölge keşfi ve savunmasını taklit eden, doğadan ilham alan bir arama tekniği olan Hippopotamus Optimizasyon algoritmasına başvururlar. Bu algoritmaya üç faz iletkeninin ve toprak teli'nin yatay aralığını ve yüksekliklerini değiştirme hakkı verilir; amaç, boru üzerindeki maksimum indüklenmiş gerilimi minimize etmektir. Bulduğu en iyi çözüm, faz iletkenlerini üçgen bir konfigürasyonda yerleştirip toprak telini merkezin üstüne koymaktır. Bu geometri, borunun bulunduğu noktada her fazın manyetik alanlarını kısmen iptal eder. Bu optimize edilmiş düzen altında maksimum indüklenen gerilim yaklaşık 2–3 volta düşer—şok veya korozyon açısından endişe gerektirmeyecek düzeyin çok altındadır.

Paylaşılan koridorları onlarca yıl boyunca daha güvenli kılmak

Basitçe söylemek gerekirse, çalışma güçlü iletim hatlarının gömülü boru hatlarının yanında çalışmasının, her şey normal işletimdeyken bile işçileri tehlikeye atacak ve paslanmayı büyük ölçüde hızlandıracak kadar indüklenmiş gerilim oluşturabileceğini gösterir. Ancak aynı zamanda, iki nispeten doğrudan önlemin—yakın bir azaltma iletkeni ve dikkatle seçilmiş bir havai tel düzeninin—bu istenmeyen gerilimleri bir büyüklük mertebesinde azaltabileceğini de gösterir. Bu araçlarla, yeni enerji koridorlarını tasarlayanlar ve mevcut koridorları işletenler, paylaşılan güzergâhların ekonomik avantajlarından yararlanmaya devam ederken hem insanları hem de metal altyapıyı koruyabilirler.

Atıf: Hachani, K., Bachir, B., Rabah, D. et al. Mitigation of inductive coupling effects on buried pipelines using gradient control conductors of overhead line configuration and hippopotamus optimization algorithm. Sci Rep 16, 7947 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40852-5

Anahtar kelimeler: boru hattı korozyonu, trafo hattı girişimi, elektriksel güvenlik, AC azaltımı, meta-sezgisel optimizasyon