ENERJ LET M HATLARINDA MODÜLER YAPAY

Transkript

1 T.C. CLE ÜNVERSTES FEN BMLER ENSTTÜSÜ ENERJLETM HATLARINDA MODÜLER YAPAY R ALARI VE DALGACIK DÖNÜÜMÜ LE ARIZA ANAL Ömer Faruk ERTURUL YÜKSEK LSANS TEZ ELEKTRK-ELEKTRONK MÜHENDSL ANABM DALI YARBAKIR HAZRAN 2010

2 T.C. CLE ÜNVERSTES FEN BMLER ENSTTÜSÜ ENERJLETM HATLARINDA MODÜLER YAPAY R ALARI VE DALGACIK DÖNÜÜMÜ LE ARIZA ANAL Ömer Faruk ERTURUL YÜKSEK LSANS TEZ DANIMAN: Yrd. Doç. Dr. M. Bahattin KURT ELEKTRK-ELEKTRONK MÜHENDSL ANABM DALI YARBAKIR HAZRAN 2010

3 T.C CLE ÜNVERSTES FEN BMLER ENSTTÜSÜ MÜDÜRLÜÜ YARBAKIR Ömer Faruk ERTURUL tarafndan yaplan bu çalma, jürimiz tarafndan Elektrik-Elektronik Mühendislii Anabilim Dalnda YÜKSEK LSANS tezi olarak kabul edilmitir. Jüri Üyesinin Ünvan Ad Soyad Bakan : Yrd. Doç. Dr. M. Bahattin KURT Üye : Yrd. Doç. Dr. Bilal GÜMÜ Üye : Yrd. Doç. Dr. Z. Fuat TOPRAK Yukardaki bilgilerin doruluunu onaylarm.../../ Prof. Dr. Hamdi TEMEL ENSTTÜ MÜDÜRÜ ( MÜHÜR ) i

4 ÖZET Enerji iletim hatlar arzalarnda arzann hzla izole edilmesi iletim sisteminin güvenlii açndan son derece büyük bir öneme sahiptir. Arzann hzl ve baar olarak tespiti ve tipinin tespiti amacyla elektrik iletim sisteminden alnan gerçek arza kaytlar kullanlmr. Yaplan çalmada alnan gerçek sinyaller öncelikle tasarlanan filtreden geçirilmi olup daha sonra filtrelenmi sinyallerin ayrk dalgack enerjisi alnmr. Sinyallerin ayrk dalgack enerjisi olasksal yapay sinir a (OYSA) modüllerinden oluan yap kullanlarak arza analizi yaplmaktadr. Arza tespitinde modüler yapda 4 ayr OYSA tanmlanm ve arza tespit ve doruluunu artrmak amacyla sralama ünitesi ve arza istatistik ünitesi kullanlmr. Anahtar Kelimeler: Enerji letim Hatlar, Gerçek Arza Kaytlar, Ayrk Dalgack Dönüümü, Modüler, Olasksal, Yapay Sinir Alar, ii

5 ABSTRACT Fastly isolating faulted power transmission lines has a big importance for transmission system security. Real fault datas is used for detecting fault fastly and accurately. At this work; first of all the real faulted datas filtered by designed fitler than the wavelet energy of filtered data is used by modular probabilistic neural network for analyzing the fault and fault type. Four different probabilistic neural network module, sorting function and statistic function is used for fast accurate detecting fault and fault type. Key Words: Power Transmission Lines, Real Fault Data, Discreete Wavelet, Modular Probabilistic Neural Network iii

6 TEEKKÜR Bu tez çalsmasnda, benden her türlü maddi ve manevi desteklerini esirgemeyen aileme özellikle hosgörüsünden ve yardmlarndan dolay sevgili esim Elif ERTURUL a bilgi ve ögütlerinden yararlandm dansman hocam Sayn Yrd. Doç. Dr. M. Bahattin KURT a, benden hiçbir zaman yardmlar esirgemeyen Sayn Prof. Dr. Mehmet AKIN a, Batman Üniversitesinden Sayn Necmettin SEZGN ve Faruk ERKEN e, 16. letim Tesis ve letme Grup Müdürü Sayn Süleyman LHAN a, TE Röle Mühendislerinden Sayn Namettulah UYGUR, Sayn Nedim TÜZÜN, Sayn Süleyman ERKÇ, Sayn Mustafa KAT ve Sayn Mustafa KOCAMAN a tesekkürü bir borç bilirim. Ömer Faruk ERTURUL iv

7 NDEKLER ÖZET. II ABSTRACT.. III TEEKKÜR. IV NDEKLER.. V ZELGELER LSTES... VII EKLLER LSTES. VIII MGELER VE KISALTMALAR... XI 1. G Yaplan Çalmalar Enerji letim Hatlarnda Arza Tespiti için Kullanlan Yöntemler ENERJ LETM HATLARINDA ARIZA TESPNDE KULLANILAN HAZLAR VE YÖNTEMLER letim ebekesinde Arza Tespiti için Kullanlan Cihazlar TEletim ebekesinde Kullanlan Mesafe Koruma Rölelerinin Genel Çalma Prensibi letim Sisteminde Kullanlan Genel Koruma Röleleri letim ebekesinde Meydana Gelen Arzalarn Deerlendirilmesi Arza Tespitinde Kullanlan Yöntemler.. 25 v

8 3. ENERJLETM HATLARINDA ARIZA VE ARIZA TN TESP Verilerin Aktar Saysal Filtrenin Tasarlanmas Dalgack Dönüümü Yapay Sinir Alar BULGULAR VE TARTIMA SONUÇLAR VE ÖNERLER KAYNAKLAR ÖZGEÇM 70 EKLER EK-1. Kullanlan MATLAB Komutlar. 71 vi

9 ZELGELER LSTES Tablo 4.1 fs= Hz. Eitim Kümesi Tablo 4.2 fs=2.400 Hz. Eitim Kümesi Tablo 4.3 Siemens Rölesi Arza tespiti.. 58 vii

10 EKLLER LSTES ekil 2.1 LZ3 Mesafe Koruma Rölesi 13 ekil 2.2. L8a Mesafe Koruma Rölesi ekil 2.3. THR Mesafe Koruma Rölesi ekil 2.4. RAZFE Mesafe Koruma Rölesi. 15 ekil 2.5. Siemens 7SA52 Mesafe Koruma Rölesi ekil 2.6. SEL-421 Mesafe Koruma Rölesi ekil 2.7. Mesafe Koruma Rölesi Genel Çalma Prensibi 18 ekil 2.8. letim Hatt Yap.. 19 ekil 2.9. Empedans Seçimi ekil Arza Noktasn Tespiti ekil Mesafe Koruma Rölelerinde Kademe ekil x[n] iaretinin filtrelerle bir düzeylik dönüüm katsaylarn elde edilmesi ekil Daubechies ekil Meyer Dalgack Fonksiyonu ekil Mexika apkas Dalgack Fonksiyonu. 27 ekil Modül Yapay Sinir Alar 32 ekil Olasksal Yapay Sinir Alar. 33 ekil 3.1. Blok Diagram. 34 ekil 3.2. Elektrik Sinyali ekil 3.3. IA Ak. 37 ekil 3.4. VA Gerilimi 37 ekil nolu Olay Verisi.. 38 viii

11 ekil nolu Olay Verisi.. 38 ekil 3.7. Sistem Blok Diagram 39 ekil 3.8. IA Ak (ka). 40 ekil 3.9. IA sinyalinin Raised Cosine filtre ç 41 ekil IA sinyalinin Lowpass filtre ç.. 41 ekil IA sinyalinin Bandstop filtre ç. 42 ekil Tasarlanan Filtrenin zaman ve frekans düzlemi (Cosfiltre) 43 ekil A faz ak Filtre çkt 44 ekil A faz gerilimi Filtre çkt. 44 ekil Sistemin Blok Diagram.. 45 ekil A faz ak 46 ekil A faz Ak ve 5 seviye Db-3 fonksiyonu Enerjisi.. 46 ekil A faz ak, 5 seviye Db-4 fonksiyonu Enerjisi 47 ekil A faz ak, 5 seviye Db-8 fonksiyonu Enerjisi 47 ekil Filtrelenmi Sinyalin 5 seviye Db-3 fonksiyonu Enerjisi ekil Filtrelenmi Sinyalin 5 seviye Db-3 fonksiyonu Enerjisi.. 49 ekil Sistemin Blok Diagram.. 50 ekil Modüler Yapay Sinir A Algoritmas 52 ekil 4.1. Arza kayd (ABG Arzas). 59 ekil 4.2. Arza Kayd (ABCG arzas) ekil 4.3. Arza, arza tipi ve arza yeri tespit algoritmas.. 60 ix

12 MGELER VE KISALTMALAR I : Akm V : Gerilim A : A faz B : B faz C : C faz G : Nötr Z : Empedans F : Arza M : Modül Yapay Sinir A ADD : Ayrk Dalgack Dönüümü Db : Daubechies YSA : Yapay Sinir Alar OYSA : Olasksal Yapay Sinir Alar MOYSA : Modüler Olasksal Yapay Sinir Alar TE : Türkiye Elektrik letim Anonim irket H : Enerji letim Hatt x

13 1. Gelien ve büyüyen elektrik iletim sistemi ülkemizi bir boydan dierine balarken günümüzde gelien Enerji Arz Güvenlii kavramyla ülkeleri de birbirine balamaktadr. Çeitli elektrik üretim metodlar (hidroelktrik, termik, rüzgâr, nükleer santraller ve benzeri) ile üretilen elektrik konutlara, iyerlerine, fabrika ve benzeri noktalara iletilmektedir. Üretilen elektrik tüketim noktalarna ulancaya kadar ülkemizde üç ayr yapdan geçmektedir. Bunlar ksaca; - Elektrik üretim sistemi - Elektrik iletim sistemi - Elektrik dam sistemi eklinde ifade edilebilir. Ülkemizde elektrik iletim sisteminde elektrik 154 kv ve 380 kv geriliminde 50 Hz. frekansnda iletilmektedir. Elektrik iletimi amacyla günümüzde ülkemizin tamam enterkonnekte olarak ring yapyla bir birine bar. letim ebekesi trafo merkezleri ile sonlandlmaktadr. Trafo merkezinde iletimin ba olduu elektrik enerjisi gerilimine, bölgede da yaplacak olan güce göre belirlenen trafolar ve iletim sisteminin sakl çalmas, arzalardan korunmas salayacak koruma ve iletiim sistemleri ile donatlmr. Ülkemizde uç noktalarda bulunan birkaç trafo merkezi ve baka ülkeyle kapal devre çalan iletim sistemleri olan trafo merkezleri hariç dier trafo merkezlerine birden fazla Enerji letim Hatt (EH) ile bar. Bu sayede trafo merkezine giden EH larndan biri herhangi bir arza nedeniyle elektrik iletimi hizmetini göremeyecek durumda olsa bile alternatif H dan elektrik iletimi gerçeklemeye devam edecek trafo merkezine elektrik 1

14 iletimi hizmetine devam edecektir. Ancak arzal olan EH n arzasn arza annda zl tespiti ve giderilmesi önemlidir. Arzann hzl tespiti; Öncelikle, oluabilecek i kazalar nedeniyle insan hayatna, Kaliteli ve kesintisiz elektrik iletiminin salanamamasna, Daha sonra teçhizat üzerinde kal hasarlanmalara ve/veya çalma ömrünün salmasna, Hatlarda arza annda arza direnci düeceinden hattan daha fazla akm akacaktr. Akan akm arza yerine ba olarak ksa devre ak akabilecektir. Arza ak sistemde bulunan dier teçhizatlarn da zarar görmesine, letim sisteminde bulunan herhangi bir teçhizatn zarar görmesi durumunda zarar görmü teçhizatn maliyeti yannda, zarar gören teçhizatn yenilenmesine kadar geçecek sürede bölgeye elektrik iletim hizmeti verememesi nedeniyle çok yüksek maliyetlere, Arzann lokalize edilmesi, dier EH larn bu arzadan etkilenmemesine, neden olacaktr. Arzann tipi; Arzann tipinin dorulukla tespiti arzann nedeni ve tekrarlanmamas için gerekli çalmann temelini tekil edecektir. Arza giderme maliyeti düürmekte ve zaman azaltmaktadr. Yaplan çalmada EH tan alnm gerçek üç faz akm, nötr ak, üç faz ve nötr gerilim sinyalleri kullanlarak arzann ve arza tipinin tespiti yaplmr. 2

15 Tespit yaplmas amacyla iletim ebekesinde kullanlan arza kayt cihazlar, mesafe koruma röleleri, olay kaydediciler ve benzeri cihazlardan alnan dijital veriler öncelikle dijital filtreden geçirilmi, daha sonra ayrk dalgack enerjileri alnmr. Alnan elektrik sinyallerinin dalgack enerjileri modüler olasksal yapay sinir alar kullanlarak analiz edilmitir YAPILAN ÇALIMALAR: H larda arza analizi konulu yaplan çalmalar ada özetlenmitir. EK S.[1] tarafndan yaplan çalmada iletim hattn per unit deerleri baz alnarak deney seti kullanlarak oluturulan prototip model arza verisi oluturmak amacyla kullanlmr. Ayrca ayn sistemin ATP / EMTP ile modellenmesi yaplmr. Deney setinden üretilen veriler yaz hazrlanan veri iletim kart üzerinden bilgisayara aktarlmr. Bu aktarm srasnda analog veriler dijital ortama aktarlmr. Arza sinyallerinin analizinin yaplmas için ayrk dalgack dönüümü kullanlarak elektrik arza sinyallerinin entropisi alnm arza, arza yeri ve tipinin tespiti için destek vektör makineleri, çok katmanl alglay, radyal tabanl fonksiyon lar, elman alar kullanlmr. Yaplan çalmalarda 7 farkl akll sistem kullanlm olup baar oran %45 - %99 arasnda bulunmutur. KOÇ S. [2] tarafndan yaplan çalmada; güç sistemlerinin tek hat, reaktans diagramlar ve per-ünit yöntemi tanlmr. Arza tipleri simetri bileenler yöntemi nda tanlmr. Matlab GUI tabanl Ksa Devre Arza Hesab (KDAH) program hazrlanmr. HAÇEMANAYVALYAN S. [3] tarafndan çalmada; ezamanl fazörlerle arza yeri belirleme amacyla, empedans hesaplamas ve arza yeri tespiti için algoritma 3

16 hazrlamr. Arzann yeri, arzann tipi, zaman ve benzeri etkenler için arza yeri tespit hata oranlar çkarlmr. GÜLLÜDEREL M. [4] tarafndan yaplan çalmada; bara empedans matrisi kullanlarak asimetrik arzalarn analizi yaplarak, a gerilimin toprak arzalarna etkileri ve TE ta kullanlan koruma sistemleri anlatlmr. SEL [5] firmas mesafe koruma rölelerinde dijital filtre olarak Raised Cosine filtresi kullanmaktadr. Elektrik sinyalleri devre analizi tabanl yöntemler kullanlarak arza arza, arza tipi ve arza yeri tespiti yaplmaktadr. Siemens [6] firmas mesafe koruma rölelerinde dijital filtre olarak Lowpass FIR filtre kullanmaktadr. Elektrik sinyalleri devre analizi tabanl yöntemler kullanlarak arza, arza tipi ve arza yeri tespiti yaplmaktadr. Zhen Ji ve ark. [8] yaptklar çalmada elektrik sinyallerinde Morfolojik filtre kullanmlardr. Chanda D. ve ark. [9,10] yaptklar çalmada 3. Seviye db8 kullann arza tipi tespiti için yeterli olduu belirtmilerdir. Xu X. ve Kezunovic M. [11] yaptklar çalmada tasarlanan sistemde tüm dalgack fonksiyon tiplerini test etmi ve en baar sonuçlar db-5 ve db-6 tipi dalgack fonksiyonlarnda almr. Çalmalarnda arza analizinde dalgack entropisini kullanmlardr. Rajamani P. ve ark. [12] yaptklar çalmada trafolarda arza tespiti için en iyi sonucu Gaussian tipi dalgack fonksiyonu ile saland belirtmilerdir. Rodrigo H. S. ve ark. [13] yaptklar çalmada 3. seviye db-8 tipi dalgack fonksiyonu kullanmlardr. EMTP yaznda yaplan modellemede elde edilen verilerle kyaslandnda %100 orannda baar göstermitir. 4

17 Sedighi A. R. ve ark. [14] yaptklar çalmada 2. seviye ReverseBior rbio3.1 tipi dalgack fonksiyonu kullanmlardr. EMTP kullanlarak oluturulan modellemede elde edilen verilerle kyaslandnda arza tespitinde %89,1 ve %97,6 orannda baar göstermitir. Saleh. A. S. ve ark. [15] yaptklar çalmada 2. seviyeli db4 tipi dalgack fonksiyonu kullanmlardr. Chan D. ve ark. [16] yaptklar çalmada arza tespitinde kullanlacak en etkin fonksiyonun Quadrature mirror fitler tipi olduu gösterilmitir. Schmitter E. D. [17] yapt çalmada 9. seviye db-4 tipi dalgack fonksiyonu ve radyal tabanl YSA kullanmlardr. Eitim algoritmas olarak Nelder-Mead- Simplex algoritmas kullanlmr. Kashyap K. H. ve Shenoy U. J. [18] yaptklar çalmada 4. seviye Meyer dalgack fonksiyonu kullanmlardr. Detayl katsaylar yapay sinir alarna veri girii olarak kullanlmr. Olasksal yapay sinir alar (OYSA) kullanmlardr. Yaplan çalmada arza tespitinde %100 orannda baar göstermitir. Dag O., Ucak C. [19] yaptklar çalmada 5. seviye dyadic-orthonormal dalgack fonksiyonu ve kendine organize a (SOM) kullanlm olup, örenme algoritmas olarak; kohonen örenme algoritmas ve vektör kuantalamay örenme algoritmas kullanmlardr. Yaptklar çalmada % 85 - % 92 orannda arza tipi tespitinde baar elde edilmitir. Silva K. M. ve ark. [20] yaptklar çalmada MLP YSA ya veri girii olarak dalgack enerjisi kullanmlardr. Yaplan çalmada EMTP den elde edilen verilere göre % 100 baar salanm ancak gerçek datalarda % 97 orannda baar salanmr. 5

18 Ang Z. L. [21] yaptklar çalmada 6,7 ve 8. Seviye db-4 dalgack fonksiyonu kullanm olup OYSA ya veri girii olarak dalgack enerjisi kullanmlardr. Yaplan çalmann baar oran 30 eitim seti kullanldnda % 80, 60 eitim seti kullanldnda % 90 olmutur. Gaouda M. ve ark. [22] yaptklar çalmada 7. seviye db8 ve Coiflet-5 dalgack fonksiyonlar tavsiye edilmitir. Malathi V. ve Marimuthu N. S. [23] yaptklar çalmada db5 dalgack fonksiyonu ve destek vektör makinalar kullanmlardr. % 98,8 orannda baar göstermitir. Ammar A. ve ark. [24] yaptklar çalmada 2 B-Spline dalgack fonksiyonu kullanmlardr. Yürüyen dalga yöntemi kullanlarak arza, arza tipi ve yeri tespit edilmeye çallmr. Othman M. F. ve ark. [25,26] yaptklar çalmada db-5 dalgack fonksiyonu kullanmlardr. GRNN, OYSA, ileri beslemeli YSA ve adaptif bulank sinir alar (ANFIS) kullanlmr. Yaplan çalmada GRNN kullanldnda % 67,5- % 100, leri Beslemeli YSA kullanldnda % 47,5, OYSA kullanldnda % 85 - % 100, ANFS kullanldnda % 82,5 orannda baar elde edilmitir. Reddy M. J. ve Mohanta D. K. [27] yaptklar çalmada arza tipi ve yeri için 6. seviye db-4, güç salmlar için 11. seviye db-4 dalgack fonksiyonu adaptif bulank sinir alar (ANFIS) kullanlmr. Ngaopitakkul ve ark. [28] yaptklar çalmada db-4 dalgack fonksiyonu ve OYSA kullanmlardr. Arza yeri tespitinde ATP / EMTP den üretilen veriler kullanldnda % 97,5 - %100 aras sonuçlar elde edilmitir. 6

19 Bhowmik P. S. ve ark. [29] yaptklar çalmada dalgack dönüümü ve geri beslemeli YSA kullanmlardr. Kullanlan veriler ATP / EMTP yazndan elde edilmitir. Bockarjova M. ve ark. [30] yaptklar çalmada istatistik metodlar kullanmlardr. Sanaye-Pasand M. ve Khorashadi-Zadeh H. [33] yaptklar çalmada çok katmanl ileri beslemeli (MLFF) YSA kullanlm olup eitim algoritmas olarak; geri yaym (BP) ve Marquardt-Levenberg (ML) algoritmas kullanmlardr. Schmidt A. ve Bandar Z. [34] modüler çok katmanl perceptronlardan oluan YSAlar incelenmi olup düük veri boyutlarnda kullan gereksiz olduu ifade edilmitir. Hagh M. T. ve ark. [35] yaptklar çalmada modüler YSA kullanmlardr. Modüllerde çok katmanl perceptronlar (MLP) kullanmlardr. Modüllerin itiminde ise; geri yayml örenme algoritmas ve Levenberg-Marquardt optimizasyon metodu kullanmlardr. Baar oran % 99 dur. Upendar J. ve ark. [36] yaptklar çalmada OYSA kullanmlardr. Baar oran %99 dur. Mo F. ve Kinsner W. [37] yaptklar çalmada OYSA kullanmlardr. Yaplan çalmann baar oran % 90 dr ENERJ LETM HATLARINDA ARIZA TESP N KULLANILAN YÖNTEMLER Gelien teknolojiyle beraber elektriin sürekli ve kaliteli olarak arzn önemi artmakta, elektriin hayatn her alannda yaygn olarak kullanlmaktadr. Bu nedenle Hlarda arza analizinin önemi artm ve arza, arza tipi ve yerinin tespiti için farkl 7

20 yöntemler gelitirilmitir. Gelitirilen yöntemler ada gruplandlm olarak anlatlacaktr Devre Analizi Tabanl Yöntemler Temelde Arza analizi için hat sonlarnda okunan akm ve gerilim deerleri kullanlarak hattn empedans hesaplanmaktadr. Empedanstaki demeler hattaki arzay göstermektedir. Simetri bileenler ve per-ünit deerler yöntemleri en sk kullanlan yöntemdir. Simetri bileenler yöntemi: n fazdan meydana gelen dengesiz bir sistemin, dengeli fazlardan meydana gelen bir sistem içinde yeniden çözümüdür. Bu yöntemde fazlar aras faz fark 120 derece olarak kabul edilmektedir. Per-ünit deerler yöntemi: letim hattnda bulunan büyüklükleri belirlenen bir oranda düürerek kullanlmasr. Güç, gerilim, akm ve empedans deerlerinin yerine per-ünit deerleri alr. Gelitirilen yöntemlerin yan sra hattn uç noktalarna konan cihazlardan alnacak ezamanl (GPS saatleri kullanlarak elde edilir) çalan algoritmalarla arza tespitinde daha doru sonuçlar verecek algoritmalar gelitirilmitir.[5] Yürüyen Dalga Yöntemi Arza yerinin ve tipinin tespiti amacyla; arza annda oluan ve arza yerinden yansyan sinyalleri kaynaa dönü süresi hesaplanarak arza yerinin tespiti ve yansyan sinyalin faz tespit edilerek arzann tipi tespit edilmektedir. Yürüyen dalga yöntemi; yüksek örnekleme oran ve arza noktasndan yansyan sinyallerle hat sonundan yansyan sinyalleri birbirinden ayrmaktadr Akll Sistemler Arza yerinin ve tipinin tespiti için; 8

21 Yapay sinir alar (geri yayml, radyal tabanl, Olasksal, kendine organize, modüler Yapay Sinir Alar, Destek Vektör Makineleri ve benzerleri) Bulank Mantk Genetik algoritma kullanlmaktadr Yapay Sinir Alar nsan beyninin bilgi ileme teknolojisinden esinlenerek gelitirilmi bir bilgiilem teknolojisidir. YSA ile basit biyolojik sinir sisteminin çalma ekli simüle edilir. Simüle edilen sinir hücreleri nöronlar içerirler ve bu nöronlar çeitli ekillerde birbirlerine balanarak a olutururlar. Bu alar örenme, hafzaya alma ve veriler arasndaki ilikiyi ortaya çkarma kapasitesine sahiptirler. Dier bir ifadeyle, YSA'lar, normalde bir insann düünme ve gözlemlemeye yönelik doal yeteneklerini gerektiren problemlere çözüm üretmektedir. Bir insann, düünme ve gözlemleme yeteneklerini gerektiren problemlere yönelik çözümler üretebilmesinin temel sebebi ise insan beyninin ve dolayyla insann sahip olduu yaayarak veya deneyerek örenme yeteneidir Bulank Mantk Bulank mantn temeli bulank küme ve alt kümelere dayanr. Klasik yaklamda bir varlk ya kümenin elemanr ya da deildir. Matematiksel olarak ifade edildiinde varlk küme ile olan üyelik ilikisi bakndan kümenin eleman olduunda "1", kümenin eleman olmad zaman "0" deerini alr. Bulank mantk klasik küme gösteriminin geniletilmesidir. Bulank varlk kümesinde her bir 9

22 varln üyelik derecesi vardr. Varlklarn üyelik derecesi, (0, 1) aralnda herhangi bir deer olabilir ve üyelik fonksiyonu M(x) ile gösterilir Genetik Agoritma Doada gözlemlenen evrimsel sürece benzer bir ekilde çalan arama ve eniyileme yöntemidir. Karmak çok boyutlu arama uzaynda en iyinin hayatta kalmas ilkesine göre bütünsel en iyi çözümü arar. Yaplan çalmada EHlarda arza analizini yapmak amacyla akll sistemlerden yapay sinir alar kullanlmr. Yapay sinir alar iyi bir sfland olmas nedeniyle tercih edilmitir. 10

23 2. ENERJ LETM HATLARINDA ARIZA TESPNDE KULLANILAN HAZLAR VE YÖNTEMLER Türkiye de elektrik iletimi Türkiye Elektrik letim A.. (TE) kurumunca yaplmaktadr. letim ebekesinin iletilmesi, güçlendirilmesi ve arzalara kar korunmas için TE tarafndan çalmalar yaplmaktadr. Kesintisiz ve kaliteli elektrik iletimi amacyla arzal ksmn iletim sistemin hzla izole edilmesi gerekmektedir LETM EBEKESNDE ARIZA TESPN KULLANILAN CHAZLAR Enerji üretim ve iletim sistemlerini oluturan; generatör, havai hat, trafo, kablo, seri / önt reaktans, kapasitörler, ve benzeri teçhizatlar ebekede meydana gelebilecek faz-faz veya faz-toprak arzalarnda oluan büyük deerdeki akmlar sonucunda termik ve dinamik etkilere maruz kalarak hasarlanabilirler. Bunun neticesinde, meydana gelecek enerji kesintileri ve arzi durumlar oluabilecektir. Bu olumsuzluklar en aza indirmek için, teçhizatn fiziki yapna uygun olarak çeitli koruma cihazlar kullanmak gereklidir. Genel, olarak RÖLE" ad verilen bu cihazlar, arzann meydana geldii andan itibaren görevini yapmaya balar. Röleler, koordinasyon hesaplamalar sonucunda bulunan ayar deerlerine göre (akm, gerilim v.b.) set edilirler. Set edildikleri deerleri aan durumlarda (arzi veya a yük), ani veya belirli bir zaman sonunda çalp, hasarn minimum seviyede kalmas salayarak, insan hayat ve teçhizat korur. Enterkonnekte bir ebekeyi oluturan EH larnda meydana gelen ksa devre arza ak, ebekenin birkaç kaynaktan beslenmesi nedeniyle oldukça büyük deerlere kabilmektedir. Bu nedenle arzal ksmn belirlenerek annda servis d braklmas 11

24 gerekir. Aksi halde transformatör ve genaratör gibi elemanlarn çok ksa zamanda arzalanmas ve enterkonnekte sistemin tümünde enerjinin kesilmesi söz konusu olabilir. Arzal hat parçasn belirlenerek, annda servis d braklmas amacna yönelik uygulanan koruma tertibine selektif yani seçici koruma denilmektedir. Enterkonnekte sistemde seçici koruma, mesafe koruma ad verilen ve birçok ünitenin birlikte çalmasyla oluan bir koruma sistemiyle gerçekletirilmektedir. Enerji iletim hatlarnda arzay, arzann tipini ve yerini tespit etmek için kullanlan röleye Mesafe Koruma Rölesi denmektedir. Elektrik letim Sisteminde mesafe koruma röleleriyle birlikte a akm röleleri de kullanr. Ksa devre arzalarna kar mesafe koruma, a yüklenmeye kar da akm korumadan faydalanr. Ayrca a akm koruma, mesafe korumann artç olarak da kullanr Yaplarna Göre Mesafe Koruma Röleleri Yaplarna göre mesafe koruma röleleri üç ayr katagoriye ayrmak mümkündür. Bunlar; Elektromekanik Mesafe Koruma Röleleri Bu röleler, elektromekanik çekme veya endüksiyon disk ilkesine göre çalan rölelerdir. Türkiye Elektrik Kurumunun ilk yllarndan itibaren yaygn olarak kullanlan bu tip röleler, halen TE iletim sisteminde tesis edilmi ve çalr durumda olmak üzere kullanlmaktadr. (ÖR: LZ3, L8a, CO-C3H) ekil 2.1. ve 2.2. de TE ta kullanlan elektromekanik mesafe koruma rölelerinin birkaç mevcuttur. 12

25 ekil 2.1. LZ3 Mesafe Koruma Rölesi 13

26 ekil 2.2. L8a Mesafe Koruma Rölesi Elektronik Mesafe Koruma Röleleri Elektriksel büyüklük, rölenin ayar deerini asa, tetik (triger) devresi atelenerek sinyal alr. u an TE iletim sistemindeki rölelerin büyük bir sm bu tip röleler oluturmaktadr. (ÖR: THR, RAZFE, 7SJ5005) ekil 2.3. ve 14

27 2.4. te TE ta kullanlan elektronik mesafe koruma rölelerinden birkaç mevcuttur. ekil 2.3. THR Mesafe Koruma Rölesi ekil 2.4. RAZFE Mesafe Koruma Rölesi 15

28 Dijital (Saysal) Mesafe Koruma Röleleri Rölenin giri devresinde yer alan analog elektriksel büyüklükler dijital deerlere (1 ve 0 lar) çevrilir ve mikroilemciye iletilir. Mikroilemcide röle ayar deerleri bir program (yazm) olarak bulunur ve gelen deerler bu programdaki hesaplamalarda kullanlarak koruma ilemi gerçekletirilir. (ÖR: MCOM P121, 7SA52, 7SJ62) Saysal röleler, son 20 arzann kayd yapabilecek özelliktedirler. En son arza kayd ise röle ara yüz program vastasyla grafiksel (osilografik) kayt olarak bilgisayar ortamna aktarlabilmektedir. Ayrca, grafik kaytlarnda arza öncesi ve sonrasna ait gerilim ve akm dalga formlar da görüntülenebilmektedir. ekil 2.5. ve 2.6. da TE ta kullanlan dijital mesafe korumalarndan birkaç mevcuttur. ekil 2.5. Siemens 7SA52 Mesafe Koruma Rölesi 16

29 ekil 2.6. SEL-421 Mesafe Koruma Rölesi 2.2. TE LETM EBEKESNDE KULLANILAN MESAFE KORUMA RÖLELERN GENEL ÇALIMA PRENS Mesafe koruma röleleri yapsal olarak elektromekanik, statik veya dijital olabilir. Her iki uygulamann da çalma prensibi, bir noktadaki akm ve gerilim deerlerinin karlalmas esasna dayanr. Bu karlarma, gerilim deerinin akm deerine oran olarak belirtilir. Gerilimin akma oran da empedans verir. Yani röle, Z s = U / I deerine göre hattn empedans ölçmektedir. sa devre arzasnda gerilim deeri azalr, akm deeri artar. Dolayyla ksa devre empedans, normal iletme koullarnda ki yük empedansndan daha küçüktür. Rölenin ölçtüü empedans deeri, arza noktas ile röle arasndaki mesafeye bar. Yani arzadaki empedans deeri, hattn uzunluu ile orantr. Dolayyla mesafe koruma ad, bu özellikten kaynaklanmaktadr. Mesafe koruma rölesinin ölçtüü empedans, rölenin ayarland deerin altnda ise, röle balatma alr. Röle, balatma zincirinin çalmas ile ilev yapmas arasndaki aamada; arza akn yönüne, uzakla göre açma kumandas verip vermeyeceine, açma kumandas verecekse hangi süre sonunda vereceine, baz 17

30 ölçmeler sonunda karar verir. Mesafe Koruma Rölelerinin çalma prensibini en iyi ekilde ekil 2.7. de gösterilebilir. ekil 2.7. Mesafe Koruma Rölesi Genel Çalma Prensibi Mesafe koruma rölesinde selektif korumann salanabilmesi, ada belirtilen ünitelerin zincirleme çalmas sonunda gerçekleir. Bu üniteler; 1 - Balatma Ünitesi 2 - Yön Ünitesi 3 - Ölçme Ünitesidir. ekil 2.8.letim Hatt Yap 18

31 ekil 2.8. de gösterilen iletim hatt yapnda; söz konusu yön elemanlar, gibi saylarla belirtilmekte ve her yön eleman kontan kapanmas gereken akm ak yönü de okla gösterilmitir. Örnein hat akm ak yönü A trafo merkezinden B trafo merkezine doru ise, 1 nolu yön elemann konta kapanmaktadr. ekil 2.9. da mesafe koruma rölemizin hattn herhangi bir noktasnda meydana gelebilecek bir arzada ölçtüü empedansa ait grafik gösterilmektedir. Görüldüü gibi arzann meydana geldii nokta röleye yaklakça, rölenin ölçtüü empedans deeri azalmakta dolayyla rölemizin çalaca kademe deeri de demektedir. ekil 2.9. Empedans Seçimi 3. kademenin çalma empedans, 1. ve 2. kademenin çalma empedansndan daha büyüktür. Yani 3. kademe ölçme eleman, 1. ve 2. kademe ölçme elemanna göre daha uzak mesafedeki arzay belirleyebilmektedir. Ayn ekilde 2. kademe ölçme eleman, 1. kademe ölçme elemanna göre daha uzak mesafedeki arzay koruma bölgesi içine alr. Durum böyle olunca, 1. kademenin çalaca her arzada 2. ve 3. kademe eleman da çalr. Ancak 1. kademe ani çalmal, 2. ve 3. kademeler sabit zamanlr. 19

32 Kademe elemanlarn çalma zaman, 1. Kademe - Ani 2. Kademe - 0,4 sn 3. Kademe - 0,8 sn 4. Kademe -(Geri Yön) 1,5 sn olarak ayarlanmaktadr. 5. Kademe - 1,2 sn ekil Arza Noktasn Tespiti ekilde da görülen devrede oluan arzada, arza noktasna göre her transformatör merkezindeki akm ak yönü ile gerilim ve empedans grafii çizilmitir. Gerilim ve empedans grafiinde görüldüü gibi arza noktasnda gerilim ve empedans sr, arza noktasndan uzaklakça gerilim ve empedans deeri büyümektedir. Buna göre her trafo merkezindeki mesafe koruma rölelerinde farkl empedans deerleri olumaktadr. 20

33 Sistemimizde mesafe koruma röleleri, genellikle kendisinden sonraki ikinci trafo merkezine kadar olan hatt koruma bölgesi içine alrlar. ekil de örnek alnan B trafo merkezindeki ölçme ünitesine ait kademe elemanlarn koruma bölgesi ele alnmaktadr. 1. kademe :B ve C trafo merkezleri arasndaki hattn % 85 ini, 2. kademe :B ve C trafo merkezleri arasndaki hattn tamam ve C trafo merkezi ile D trafo merkezi arasndaki hattn % 50 sini, 3. kademe :B trafo merkezi ile D trafo merkezi arasndaki hattn tamam, 4. kademe :B trafo merkezi ile A trafo merkezi arasndaki hattn % 50 sini koruma bölgesi içine alr. 5. kademe :Koruma alan olarak ta korunan hatta komu en uzun hattn tamam seçilir ekil Mesafe Koruma Rölelerinde Kademe 21

34 Mesafe koruma rölelerinin kademe ayarlar, daha çok yukarda belirtilen esaslar dikkate alnarak belirlenir. 2. ve 3. kademe uygulamas, güvenli bir selektif korumann salanabilmesi için, 1. kademe elemann artç olarak kullanr Tekrar Kapama Sistemde meydana gelebilecek geçici arzalarda devre d kalan hattn en sa süre zarfnda devreye alnmas ve kesintinin en aza indirilmesi için otomatik tekrar kapama röleleri kullanlmaktadr. Sistemde meydana gelen arzalarn çou arkla ilgilidir. Bu esnada sistem gerilimi,0,2 ile 0,5 saniye ( tp= ölü zaman ) kesilirse ark yolundaki iyonizasyon azalr ve tp süresi sonunda gerilim tekrar tatbik edildiinde ark tekrar balamaz. Otomatik tekrar kapama ile en az düzeyde inkta ve optimum sistem kararl temin edilir. lk açmadan sonra bir iptal zaman (kilitleme süresi) tayin edilir ( 3-5 saniye). Bu süre içerisinde kesiciyi açtracak her türlü arzalarda, ne olursa olsun kesici 3 faz olarak açar ve tekrar kapama kilitlemeye gider. Kilitleme süresince yeni arza meydana gelmedii takdirde tekrar kapama sistemi normale döner. Tekrar kapama rölelerinde iki ayr zaman vardr: 1- Tekrar kapama zaman ayar: Yüksek gerilimli hatlarda en fazla 0,5 sn dir. Sistem kararl yönünden sadece arzal fazn açp kapanmas öngörür. 2-Blokaj zaman ayar: Genelde 3-5 sn olarak ayarlanr. Oluacak arzada koruma röleleri çalarak kesiciye açma kumandas göndermekle birlikte tekrar kapama rölesini de kurar. Açmay izleyen tekrar kapama kumandas ayarl 20 msn sonunda kesiciyi kapatr. ayet arza devaml ise tekrar açar ve ayarl olan blokaj zaman içerisinde yeniden kapamaya gitmez. 22

35 2.3. LETM SSTEMNDE KULLANILAN GENEL KORUMA RÖLELER letim sisteminin sakl olarak ilemesi arzal teçhizatn sistemden izole edilmesi ve iletim sisteminin geri kalan ksmn etkilenmemesini salamak amacyla sistemi korumak için tasarlam cihazlardr. Röleleri genel olarak kategorize edilirse; Akm Röleleri: Faz-faz aras, faz toprak arzalarnda veya a yüklenme durumlarnda çalrlar. Toprak Rölesi: Korunan teçhizatn fazlardan en az birinin toprakla temasyla çalr. Diferansiyel Akm Rölesi: Trafo veya kablo giri ve ç akm trafosu arasndaki bölgeyi koruyan rölelerdir. Mesafe Koruma Rölesi: 380 ve 154 kv fider arzalarnda oluan empedansa göre ani veya sabit zamanl çalan rölelerdir. Öz (Zati) Korumalar: Trafolarn kendi iç arzalarna kar koruma salayan tertiplerdir. Buholz, kademe buholz, gaz basnç, tank koruma, termik koruma (ya ve sarg), ya seviye. Dier Korumalar: Sistemde kullanlan dier röleler; genel açma rölesi, düük frekans rölesi, faz uyumazl rölesi gibi 2.4. LETM EBEKESNDE MEYDANA GELEN ARIZALARIN DEERLENDLMES Elektrik ebekelerinde enerjinin devaml esastr. Deik nedenlerle, akm ve gerilim deerlerindeki normal olmayan deikler, teçhizata zarar verecek boyutlara ularsa, enerjinin devaml kesintiye urar. Bu olaylar arza olarak tanmlanabilir. Arzalarn oluum nedenlerine göre 3 ayr sfa ayrlabilir. Bunlar ada listelenmitir. 23