Y üksek Gerilim Tesislerinin İzolasyon Dizaynı Ve Aşırı Gerilimlere Karşı Korunması

Transkript

1 UDK : Y üksek Gerilim Tesislerinin İzolasyon Dizaynı Ve Aşırı Gerilimlere Karşı Korunması Yazan : Dr. H. Dorsch Siemens Çeviren : O. Zeki DEMİRAY Y. Müh. E.E.Î.M. Elektrik! tesislerin ve kısımlarının izolasyon dizaynının temelini işletmelerde hasıl olan gerilimler teşkil eder. Gerilimin yüksekliği yanında zamana bağlı geçici rejimi de (herşeyden önce zorlama süresi) bilhassa önemlidir işletme vasıtalarının izolasyonu genel olarak söz konusu edilen muhtelif gerilim zorlamalarına dayanabilecek şekilde dizayn edilmelidir. Bu şart dış izolasyon için, tesis yerindeki en gayrı müsait atmosferik şartlarda da gerçekleşmelidir. Bilhassa harici tip izolatörlerde, aşırı kirlenme, çiy, sis, vs. gibi iklim tesirleri dolayısı ile husule gelen izolasyon zayıflaması da nazarı itibara alınmalıdır. Gerilim zorlamaları, sürelerine uygun olarak tefrik edilir : a) Yıldırım tesiri ile hasıl olan atmosferik ağırı gerilimler b) Arızi veya iradi açma - kapama olayları dolayısı ile hasıl olan dahili aşın gerilimler. c) Geçici gerilim yükselmeleri, toprak kaçak- larında iletken ile toprak arasındaki izolasyonun aşın zorlanması gibi. d) Normal sürekli isletmedeki gerilim. 1 Atmosferik aşırı gerilimlerin sınırlandırılması. İşletme vasıtalarının izolasyon dizayınında hareket noktası, atmosferik aşın gerilimler dolayısı ile zorlanmadır. Bir tesisin izolasyonu ekonomik bakımdan direkt yıldırım isabetinde hasıl olan aşırı, gerilim zorlamalarına dayanacak şekilde dizayn edilemez. Aşırı gerilime karşı korumanın ödevi, aşın gerilimleri istasyonda müsaade edilen değerlere göre sınırlandırmaktır. Toprak telinin, bilhassa istasyona girişteki son havai hat üzerindeki toprak telinin yeterli bir koru ması ile faz teline direkt yıldırım isabeti geniş ölçüde önlenebilir. Direklerin düşük toprak geçiş dirençleri ayrıca geri atlamalara da mani olur. Bugün bu önleyici tedbirler yanında, istasyonlarda aşırı gerilimlerin sınırlandırılması için geniş ölçüde ventil parafudurlar kullanılır. 1.1 Ventil parafudurun çalışma tarzı ve karakteristik büyüklükleri. Ventil parafudurun en önemli iki kısmı sön- İltUtfn dürme elektrodu ve gerilime bağlı direnç sütunudur Söndürme elektrodunun yapısı parafudurun faaliyete geçme ni tesbit eder. Diğer bir ödevi de, işletme dolayısı ile parafudurdan akan sönme akımını kesmektir. (Şekil 1). X sö, 1 T elektroda Gerilime boilı direnç Rba> jyprbeparaf*dur altımı Sinme akımı J>r>tık gerilim faaliyete geçme serilimi SonJer/ne, jtrı/ı'mî 2'om < f Şekil : 1 Ventil parafudrun çalışma tarzı. Bir ventil parafudurun faaliyete geçme durumu : a) U as 0, % 0 faaliyete geçme şok İle, b) Faaliyete geçme şok karakteristiği ile, (Şekil 2) (VDE'ye göre: 0,5 ^ s'lik faaliyete geçme zamanında max. faaliyete geçme tesbit edilir.) k\f I ıtoo\ ttoo\ Şob feri/im tto 0 hoo 6 '/tiao faaliyete eıçmegrruimmn max f değeri 0,5 4,0 Ifi 2.0 ifi 3fi 3.1 *,0 *,1 fao/tyete geç/ne zamanı. «- Şekil : 2 Ark boynuzu İle ventil parafudrun mukayesesi Elektrik Mühendisliği 0 31

2 c) Alternatif faaliyete geçme ile karakterize edilir. Şok nin sınırlandırılması için şu İki husus önemlidir : d) Artık gerilim (= akım geçişi şok nin max. değeri). esnasında e) Artık gerilim karakteristiği (darbe akımının tesbit edilen seyri için). Sönme akımının istenildiği gibi söndürülebllmesi için; f) İşletmede parafudurdaki müsaade edilen max. gerilim A (işletme frekansında) [_J A (m) = 1, x parafudur nominal olmalı ve g) Çalışma muayenesinde parafudura söndürme tatbik edilebilir. (U L = 1,05 U A (m) söndürme, sönme akımı henüz kesılmemişken parafudurdaki işletme frekanslı max. gerilimdir, ye aktif değer. Parafudur kabiliyeti; h) Nominal darbe parafudur akımı ile, (VDE 1 - ye göre : / ^s'lık akım darbesi). ı) Uzun dalgalı darbe parafudur akımı (dalga süresi 0 00 ^ s) ile, parafuduru kullanılması halinde aşılmayan bir gerilim sınırı belirtilir. Tesis içinde hiçbir atlama veya delinmenin hasıl olmamasını garantiye alabilmek için işletme vasıtalarının izolasyonu, o şekilde koordme edilmelıdirki, İç ve dıg izolasyonun izole kabiliyetine tekabül eden max. şok ne erişilsin. VDE 0111 talimatları aşağıdaki seviyeleri tesbit eder. a) Alt izolasyon, elektrik! işletme vasıtalarının dış izolasyonlarının 1/ ^s'lık (cephe süresi 1 ^s, yarı değer süresi ^ s) norm şok ne karşı izole kabiliyetidir. b) Üst izolasyon, elektrik! işletme vasıtalarının iç izolasyonlarının keza ayırıcı ve kesicilerin açma mesafelerinin şok gerilimlerine karşı izole kabilyetidlr. Katı, sıvı ve basınç altında bulunan gaz izolasyonların üst seviye dayanımları kesik dalga ile tahkik edilmelidir. Yeni VDE 0111/2.61 talimatnamesinde şart koşulan şok seviyeleri «normal sıra» (karakteristik harf N) ve «özel sıra» (karakteristik harf S) olmak üzere ikiye ayrılmıştır. Hasıl olan harici aşırı gerilimlerin belirli değerlen aşmıyacağı garanti ediliyorsa özel sıranın.düşürülmüş şok nin kullanılması caizdir. Şekil 4 de üç seviye bjr kere daha açıklanmıştır. j) Yüksek darbe akımı ile, (5/ ^s'lik dalga) karakterize edilir. Tablo 1 de SSW'nin katodlk pârafudurlarına alt karakteristik değerler bir arada verilmiştir. Şekil 3 bir ventil parafudurun direnç elemanlarının zorlanışını göstermekdedir. Jforı/mo i t/st izolasyon seviyejı ) Hii d/ 6) ram da/jo liit Utt gertjlm s/. Dif ıtolasyopf. İç ıza/ajto/m/? /fçıi kesme. nırı,ajırı gerll/me nun fok gerili. Şok ne mesafelerini,. korft Jfarı/mo ile mine karsı korjt izole imle kot/lfı/, l t garanti edı/ır. uple kabiliyeti Şekil : 4 Atmosferik aşın gerilimlere karşı izolasyon koordinasyonu. Şekil /trtıigerijı'm 8 i 3 H0 kv'luk ventil parafudr (H4) direnç elemanlarının zorlanması. 1.2 Atmosferik aşırı gerilimlere karşı izolasyon koordinasyonu : Ventil parafudurun montajı ile, parafudurun montaj yerindeki atmosferik aşırı gerilimler sınırlandırılır. Koruma İle aşırı gerilim Tablo 2 de, VDE 0111/2, 61 ve VDE 01/, dan alınan değerler topluca verilmiştir. Almanya'da dahili tesislerde uzun zamandan beri, açık hava tesislerine nazaran daha küçük olan ve S sırasının bugünkü değerine hemen hemen eşit olan izolasyon seviyeleri kullanılmaktadır. Yeni VDE 0111 talimatına göre, uygun tedbirlerle küçültülmüş zorlanmalar bekleniyorsa, daha evvelki prensiplerden farklı olarak açık hava tesisleri bile S sırasına uygun olarak izole edilebilmektedir. 1.3 Ventil parafudurun koruma sabası : Ventil parafudur tesis yerinde atmosferik aşırı gerilimleri, faaliyete geçme nin veya 32 Elektrik Mühendisliği 9

3 Uzun dalgalı parafadur darbe akmu Yüksek darbe akmu Tip Nominal gerilim U A (n) Prafudurda müsaade e- dilen max. U A (m) 6 H4n , H4n 1,5 45 H4n ) Faaliyete geçme zamanı 0,5 ^ 2) / ^s'lik darbe akımı 3) Dik montaj ve asma montaj Söndürme U L 4, 18, , ,5 3, Alternatif faaliyete geçme (tepe değer) * TABLO: 1 Katodik parafudurlarm karekteristik değerleri ü Oran gw / u A(m) % 0 faaliyete geçme şok nin max. değeri Cephede faaliyete geçme şok D Artık n max. değeri 5 ka ka 1,9 2, ,9 2,1 42 4(1 44 1,9 2, ,9 2, ,9 2, ,5 38 1,9 2, ,9 2, ,9 2, ,9 2, ,8 2, ,8 2, ,8 2, ,8 2, ,8. 2, ,8 2, Nominal parafudur darbe akmu loka loka 5kA 0A 0A 0A 00^ 65kA 5/lO^s looka 5/lO^s 5/lO^s loooma İzole mesnet hariç montaj yüksekliği cm 24,5 29, ,5,5 9,5 86, Ağırlık kgr 2,5 2,5 4,=; 5,

4 Sıra 6N N N N 45N N 1N 1N 2N 1NE 1NE 2NE 380NE Müsaade edilen max. sürekli işletme Um 11, Ue (m) = 5. Um d) 11, TABLO: 3A VDE 0111/2,61 ve VDE 01/,'a göre normal sıralı yüksek gerilim tesislerinin izolasyon dizaynı Parafuduron korunma Alt şok Üst şok (Î) Ark boynuzlar atlama aralığı Tesis tei mest Dahili d asgari ıfeler Harici îzalasyon grupları için olarak aletrnatif muayene A O (3) D E F Ö ' 6" 1

5 TABLO : 2B VDE 0111/2.61 ve VDE 01/.'a göre özel sıralı yüksek gerilim tesislerinin İzolasyon dizaynı Sıra Müsaade edilen max. sürekli letme iş- Um Ue (m) =. Um d) Parafudurun korunma Alt şok Üst şok Ark boynuzlarının atlama aralığı Tesis teb mess Dahili i asgari ı,feler Harici tzaiasyon grupları İçin kv olarak alternatif muayene (3) A O D E F 6S ıos 11, S S S S ııos S S SE SE SE SE ( 6 (1) Arıza anında toprağa kargı max. gerilim 5 (2) Kesik dalgada iç izolasyon için; tam dalgada (3) A: Kesme mesafeleri C : Yüksek gerilim aletleri D : Trafolar E : Kablolar F : Havai hat İzolatörleri = Topraklama katsayısı kesme mesafeleri İçin.

6 artık n tesbit ettiği değerlerde sınırlandırır, tyı bir koruyucu tesir elde edebilmek için parafudur mümkün mertebe korunan objenin yakınına monte edilmelidir. Bir parafudur koruma sahasından korunan obje ile parafudur arasındaki mesafe anlaşılır. Parafudur bu sahada şok gerilimlerinin müsaade edilen değerleri aşmasına engel olur. Hat sonu istasyonunun en gayri müsait durumu için şartlar kolayca kavranabilir. (Şekil 5). V Parafuduıun tesis yeri -B-noktasından; geçen şok koruma nde sınırlandırılır. A ve C noktalarında ise yürüyen dalgaların yansımasından dolayı hasıl olan gerilimler- dah'a yüksektir. Bu artış önemli derecede a masafesine ve geçen S o dalgasının dikliğine bağlıdır. Tablo 3 de bir hat sonu istasyonu için. koruma sahasının büyüklüğüne alt' bir kaç değer verilmiştir. Bu değerlerin tayininde transformatörün şok kapasitesinin tesiri nazarı itibare alınmıştır. Bir kaç ondabir mikrosaniye zarfında kısa zamanlı gerilim sıçraması şeklinde hasıl olan müsaade edilen şok gerilimleri için sınır olarak şok gerilim karakteristiğine tekabül eden statik gerilim esas alınır. iç ve dış izolasyonlar farklı şok karakteristiklerine sahip olduklarından, iç izolasyon (meselâ Trofoıu/ıt sok oe. trafo) ve dış izolasyon (meselâ ark boynuzları) için farklı koruma sahaları verilir. Transmisyon istasyonlarında veya birkaç hattın çıktığı* Istanyonlarda parafudurun koruma sahası oldukça büyüktür. Bu hususta genel bilgiler verilmemiştir. frdoki & irilim B'dık, Otrltim C'dei, gttll/m 2. Dahili aşın gerilimlere karşı izole -kabiliyeti. u resi z Venhl porofujurun orhlt grni/ni Şekil : 5 Ventil parafudrun koruma sahası. 2.1 Açık havada izolasyon tertibi : Tesis kısımlarının şok gerilimlerine karşı izole kabiliyeti mutad norm gerilimleri için. tallmat- TABLO : m Mat sonu istasyonunda bulunan katodik parafudurlarm koruma sahasına ait değerler. Referans (sıra ) (norm ) Geçen dalganın diktiği /^s Koruma îç izolasyon trafo Sıra S (') SiraN Sahası Dış izolasyon (ark boynuzlan) Sıra S Sıra N () ; 0 ( ) () ı 0 () 45 i 5) () 90 0 () 55 (,5) 0 () 5 () 00 ( 4) 1 0 (5) () () (1) Transformatörde S 3irasına göre izolasyon kullanılması mutad değildir.

7 nameler İle tesbit edilir. (1/ ^ S'lık norm ok dalgası İçin). Yeni VDE 0111/2.61 talimatnamesine göre tesisler yukarda izah edildiği gibi ya normal sıraya göre veya düşürülmüş izolasyona ve daha küçük asgari mesafelere müsaade eden özel sıraya göre tesis edilirler. Asgari mesafeler yalnız tesisler içindir, münferit aletler için tayin edilmez. Dahili ağırı gerilimlere karşı izole kabiliyeti hakkında şimdiye kadar hiçbir tayin yapılmamıştır. Sadece muhtelif yüksek gerilim laboratuvarlannda dahili ağırı gerilimlerle ilgili deneyler yapılmıştır. Şekil 6 da ölçme neticeleri gösterilmiştir. (Bay Buch'un ölçmeleri) deneyde cephe süresi 0 ^ S, yan değer süresi ^ S olan uzun süreli bir çok, dahili aşırı gerilimleri temsilen kullanılmıştır. Değerler delinme nin darbe delime ne oranı olarak taşınmış olup 1/ ^ S'lık pozitif norm dalgaya tekabül eden % delinme ne irca edilmiştir. Keza pozitif polariteü çubuk - çubuk ve çubuk - plâka elektrod tertipleri için muteberdir. Muayene edilen atlama aralıklarında çubuk - plâka elektrod tertibinde dahili aşırı gerilimlere tekabül eden delinme darbe delinme nin % ü civarındadır. Bu ölçmelere ve VDE 01/.'a göre açık havada asgari mesafelere istinaden şekil de S ilâ 1 S sıraları için dahili aşın gerilimlere tekabül eden izolasyon ne irca edilmiş faz nötr nin tepe değeri verilmiştir. îrca edilmiş toprağa karşı statik gerilimler 1 S sırasında yıldız n 4 ilâ 4,5 katı, S sırasında ise 5 ilâ 5,5 katı civarındadır. Delinme gtrîumi Darbt dei/nmegeril/mı Çllamo aralımı Delinme saoursofitlii dalga {$sw"je/t BvA'ı/a ü/f melerine js'e) Şekil: 6 Pozitif polanteli ve işletme frekanslı açma kapanma aşın gerilimleri için açık havadaki izolasyon tertiplerinin % atlama gerilimleri. Bu değerlere erişen hiçbir dahili aşırı n hasıl olmıyacağı garanti edilen tesislerde özel koruma tedbirlerinin alınmasına lüzum yoktur. Bu husus tabiatiyle hiçbir atmosferik aşın gerilimin bahis konusu olmaması kaydıyla (meslâ kablo şebekeleri) muteberdir. Tesmiye edilen değerlere yaklaşan dahili aşın gerilimler bahis konusu olduğu takdirde sınırlandınlmalan için parafudur monte edilmelidir. Şekil de ventil parafudurun, alternatif faaliyete geçme ne eşit olan dahili aşın gerilimler için faaliyete geçme sahası çizilmiştir. Faaliyete geçme nin max. değeri ile minimum izole kabiliyeti arasındaki aralık S sırasında %...,a erişir ki, kafi (derecede) kabul edilmiştir. &İ/-J 0 5-» 3- Z V '/////A ıo ıs ıa «_, et A/ortv jeri/iıtt l/r a) vu otoifrso'ag'ire s sırasına ieiıbül eden astarı»tesafturas çı/büa-plata ^er&aıaifi statik b) ffftrt geril/m parafv^rvau/) fao/fyefe feeme Şekil: Dahili aşın gerilimler için parafndrun faaliyete geçme ve toprağa karşı izolasyon. 2.2 Dahili aşın gerilimlerin yükseklik ve' tekerrürü : Dahili aşın gerilimler toprak kaçaklarında hasıl olur. Bu geçici rejimin freîfansı takriben 0 ilâ bir kaç HZ arasındadır. Yani'zorlama süresi olarak bir kaç ondabir milisaniyeden bir kaç milisaniyeye kadar olan zamanlar bahis konusudur. Toprak kaçağı kompanzasyonlu şebekelerde toprak kaçağından doğan aşırı gerilimler faz - nötr gerilim tepe değerinin" 2~,5...3 katına erişir. Açık yıldız noktalı şebekeler için şimdiye kadar dokümanlar kâfi derecede toplanmamıştır. Buınla beraber toprak kaçağı kompanzasyonu olmayan küçük şebekelerde toprak kaçağından doğan aşırı gerilimler, topeak kaçağı kompanzasyonlu şebekelerdekine n^jğaran önemli bir artış göstermezler. t-' Açma - kapama aşırı gerilimleri yüksüz transformatör ve hatların açılmasında hasıl olur. Şekil 8 de misal. plarak, 1 KV'luk bir Expansion şalterlerle 5... A sahasında boşta çalışma akımlarının açılmasındaki toprağa karşı aşın gerilimlerin tekerrür dağılışı verilmiştir. Toplam olarak 19 deneyde toprağa karşı aşın gerilim faktörlerinin max. değeri faz-nötr nin 1,5...2,2 katı arasına dağılmaktadır. Aşırı gerilim faktö- Elefctrib Mühendisliği 9 18