ENERJİ İLETİM SİSTEMLERİNDE FERROREZONANS OLA YLARI

Transkript

1 SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 6.Cilt, 2.Say (Temmuz 2002) Enerji İletim Sistemlerinde Ferrorezonans Olaylar ENERJİ İLETİM SİSTEMLERİNDE FERROREZONANS OLA YLARI FatihAkça Özet - F errorezonans lineer olmayan bir rezonans olaydr ve güç şebekelerini etkiler. Harmoniiderdeki anormal değerlere geçici yada sürekli hal aşr gerilimlerine ve aşr akmiarna yol açar ve bunlar genellikle elektrik malzemelerine zarar verir. Baz açklanamayan olaylara ferrorezonansn sebep olduğu sanlmaktadr. Ferrorezonansn meydana geleceği baştan tahmin edilemez ve çok tehlikeli olabilir. Ancak buna karşn ferrorezonansa sebep olabilecek baz konfigürasyonlar tanmlanabilir. Ve bu konfigürasyonlar üzerinde belirli önlemler alnarak ferrorezonans önlenebilir. Güç sistem davranişn tarif eden n1atematiksel eşitlikler ve sistemin çözümü bilgisayarlarn kullanmn gerektirir. Çalşmalar masrafldr ve herbir korobinasyon için ayr bir çalşma yaplmaldr. I. GİRİŞ Ferrorezonans karmaşk bir elektriki olaydr. 1920' lerin başndan itibaren hiç değişmeden günümüze kadar gelmiştir. Yüksek gerilirnde yüksek seviyeli harmonik distorsiyonuna birdenbire ortaya çkan ve yardmc olan olay olarak tanmlanmştr. İlk defa 1920 lerde ortaya çkan ferrorezonans terirrri en az aşağdaki elemanlar barndran bütün devrelerdeki osilasyon olaylann çağnştrr. l. N online er indüktans 2. Bir kapasite 3. Bir gerilim kaynağ 4. Düşük kayplar Allahtar kelimeler - Ferroresonans, Güç sistemleri Nonlineer, Harmonikler, Konfigürasyolar, Aşr gerilinler, Aşr akmlar Abstract - Ferroresonance is a nonlinear resonance event that effects power networks. Abnonmal values in the harmonics cause transient or permanent state ovcrvoltages and overcurrents. and this often cause malfunction in the electrical equipment, some unexplanied events are thought to be cansed by ferroresonance. Ferroresonance can not be predicted and may be very dangerous. But some configuratioos that cause ferroresonance may be detined. Ferroresonance can be avoided by taking some precations on this configurations. The equations that define power system behavior, and the solitions of the system require the use of computers. The studies on ferroresonance are expensive and each combination requires a seperate study. Key words - Ferroresonance, power systems, Nonlinear, Harmonics, Configurations, Overvoltages, Overcurrents Güç şebekeleri yüksek sayda doyabihr indüktanslardan (güç transformatörleri, gerilim ölçüm indüktif transfermatörleri ( VT ), şönt reaktörler ) oluştuğu gibi kapasitörlerden ( kablolar, uzun hatlar, CVT ler seri yada şönt kapasitör bankalar, devre kesicilerdeki gerilim ayarlama kapasitörleri metal kaplama alt istasyonlar) oluşur. Bunlar böylece fetorezonansn ortaya çkabileceği muhtemel senaryolar gösterirler bu olayn temel özelliği ayn çeşit şebeke parametreleri için birden fazla kararl sürekli durum cevabnn varlğdr. Yldrm düşmesiyle oluşan yüksek gerilimler, trafolarn yada yiliderin enerji verilmesi ve kesilmesi, hatalarn ortaya çkmas yada temizlenmesi v.s. gibi geçici durumlarda yada çalşma esnasnda ferrorezonans tetiklenebilir. Sistemin cevab k.aynakla ayn sinüsoidal frekansta normal bir kararl hal durumundan yüksek bir gerilim ve harn1onik seviyesi ile karakterize edilebilecek ve malzemelerde ciddi zararara yol açabilecek ferrorezonans kaynakl kararl durwna atlayabilir. Bu çeşit davranşn pratik bir örneği bir devre açcsnn açlmas ile bir gerilim ttafosunun enerjisinin kesilmesidir. F.Akça, Biga Teknik Lise ve Endüstri Meslek Lisesi Biga 1 Çanakka1e fatih.akca@ mynet.com 21

2 . SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 6.Ci1t, 2.Say (Temmuz 2002) Enerji İletim Sistemlerinde Ferrorezonans Olaylar F errorezonansn meydana getirdiği koruma ci hazlarnn zamansz devre d1ş kalmalan, gtlç trafolan yada gerilim trafolan gibi cihaziann zarar görmesi, üretim kayplar gibi durumlardan korunmak için olay anlamak tahmin etmek olay belirlemek, olaydan kaçnmak yada onu elimine etmek önemlidir. Bu kompleks olay hakknda çok az şey bilinmektedir bunun sebebi çok az görülmesi ve elektrik mühendisleri tarafindan lineer yaklaşma dayal hesaplama metodlar ile analiz edilernemesi ve tahmin edilememesidir. Bu bilgi yokluğu ferrorezonansn birçok açklanamamş zararlar yada hasarlardan sorumlu olduğu kamsm doğurmaktadr. Ferrorezonans lineer olmayan bir rezonans olaydu ve güç şebekelerini etkiler. Hannoniklerdeki an o nal değerler geçici yada kalc durum aşr gerilimiere ve aşr akmlara yol açar ve bunlarda genellikle elektciki elemanlara zarar verir. Baz açldauama yan arzalara fetorezonansn sebep olduğu samlmaktadr. Ferrorezonans, direnç, kapasitans ve doğrusal olmayan indüktanstan oluşan sistemde kararsz bir çalşmadr bir elektrik devresinde elektriksel öğelerden birinin değerinin değişmesi ile diğer öğelerin uçlar arasndaki akm ve gerilim değerlerinde ani bir yükselme olur. Bununla birlikte ekipmanlarn zarar görmenesi için aktif güç sistemleri mühendisleri ferrorezonans hakknda meydana gelebilecek probl eri : a ltlmas edilmesi ve dizayn sistemler le lgl sahip olmaldrlar. be a af yeterl blgye II.FERROREZONANS Verilen bir açsal hz (w) için bir ferrorezonans devresinin bir lineer rezonans devresinden temel farklar şunlardr : 1. Lineer rezonausta geniş bir alandaki C değer lerinin rezonans ihtimali vardr. 2. Ferrorezonansta sinüsoidal gerilim kaynağndan farkl olabilecek gerilim frekans ve akm dalgas mevcuttur. 3. Ferrorezonansta verilmiş bir konfigürasyon ve parametre değerleri için birkaç kararl sürekli hal cevab vardr. Bu durwnlardan biri beklenen normal bir durumdur ( lineer varsaym ) oysa beklenmeyen diğer anormal durumlar ekipmanlar için çoğu zaman tehlikelidir. İlk durumlarla (kondansatörlerin başlangçtaki şarj, transformatörlerin nüvesindeki artk ak, ani anahtarlama) karar h sürekli hal cevabnn sonucu belirlenir. Ferrorezonansn ekipmanlar üzerindeki etkisinin maliyet açsndan bilinmesi gerekir ferrorezonansn analizi zordur çünkü muntazan olarak meydana gelmez ve meydana gelecek olaylarm önceden kestirilmesi mümkün değildir. Kararl bir sürekli hal cevab daha çok başlangçta kurulan devre parametrelerinden meydana gelebilir. Geçici voltaj cevab faz nötr hatalarnn devreye zarar vererek açmas, enerjili veya enerjisiz ekipmanlarda batiara yldrm düşmesi sonucunda indüklenen yüksek gerilimler veya birdenbire ortaya çkan ufak değişimlerde meydana gelir. F errorezonans sistemin nonlineer atlamalardan dolay ani değişiklikler ile aldğ normal sürekli hal cevabdr. Sürekli hal durumuna kadarşiddetli hanonik distorsiyonunun ve yüksek gerilimlerin güç sistemi ekipnanlar üzerinde zararlar bulunur. K c a Ş V em at ik diyagr am b - 8 asitleşlirilmiş karakteristik Şekill(a,b) Ferrrorezonans devresi şematik diyagram ve temel karakteristiği II.l Fiziksel Yaklaşm Gelecekteki elektik sistemlerinde fen orezonansa daha çok rastlanacağ söylenebilir. İletim ve dağtm gerilimlerinin giderek arttnlmas hat kapasitans ile transformatörlerin manyetik doyma eğileri arasnda bu günkünden daha değişik bir ilişki yaratacaktr. Bu değişiklik ferrorezonans olaslğnn artş yönündedir. Eğer enerji kayplar ( j oule kayb, nüve kayb ) sistemi besleyen gerilim kaynağ tarafndan karşlanrsa, frekans salnm düştükçe baştaki frekans güç frekansmdan büyükse kaynağin frekansn, baştaki frekans güç frekansndan küçükse kaynak frekansnn birçok alt frekansn kilitleyebilir. 22

3 SAU Fen Bilinleri Enstitüsü Dergisi 6.Cilt, 2.Say (Temmuz 2002) Enerji İletim Sistemlerinde Fcrrorezonans Olaylar Bu lineer rezonans ile ferrorezonansn birbirine benzemediğini gösterir. Verilmiş bir indüktans için meydana gelen lineer rczonans belirli C değeri için değil, geniş bir C değerleri alannda ortaya çkar. V(t) ll. 2. Ferrorezonans Modlarnn Snflandrlmas Güç sistemlerinde görülen dalga şekilleri deneyimleri azaltlmş sisten modellerine bağl deneyler nünerik sjmillasyonlarla birlikte ferrorezonans durum arnn dört değişik tipte snflandrlmasn mümkün klar. Temel ferrorezonans modu t Bir ferrorezonans devresi için normal geçici durumu fen orezonans geçici dururnundan ayrmak zor olduğundan bu snflandrma kararl hal durumuna bağldr (yani geçici hal durumu bittiğinde). Bunun1a beraber geçici ferrorezonans olay elektrik ekipmanlar için bir risk oluşturmadğ anlamna gelmez. l'ehlikeli geçici yüksek gerilimlerle belirli sistem peryodlarnda ardsra olaylar meydana gelebilir (önek olarak yüksüz b:ansformatörlerlerin enerjilendirilmesi) ve birkaç güç sistem peryodunda devam edebilir. Dört çeşit fetorezonans modu vardr. 1-) Temel mod (fundemental) 2-) Alt harmonik n1odu (subharmonik) 3-) Yan peryodik mod (quasi peryodik) 4-) Karmaşk mod (kaotik) Şekil 2. FeTorezonans temel modunda V -t grafiği II. 5. Alt Harmonik Modu ( Subharmonik Modu ) Sinyaller güç peryodunun çoğaltlruş olan bir nt peryodu ile peryodiktir. Bu durum alt harmonik n veya harmonik 1/ n olarak bilinir. Spektrum burada fo 1 n 'e eşit bir temel frekans1 ( burada fo kaynağn frekans ve n bir tamsaydr.) ve onun harmoniklerini gösterir. Dolaysyla fo frekans spektnunun bir parçasdr. V -I grafiğinde stroboskobik n noktal bir çizim ortaya çkar. '4l) II. 3. Ferrorezonans Tipinin Teşhisi Dört farkl fen orezonans tipi : Akn ve gerilim sinyallerinin her ikisinin spektrumu, sistemin muayyen belirli bir noktasndaki V gerilimi serileri ve I akmnn ölçülmesiyle elde edilen stroboskobik görüntü ve bir sistem peryodu ile ayrlmş I anlk değerlerinin V düzleminde çizilmesiyle teşhis edilebilir. F errorezonansr alt harmorik rnodlj Şekil 3. F errorezonansn altharmonik modunda V-t grafiği II. 4.Temel Mod Sistem peryoduna eşit bir T peryodu ile gerilinller ve akmlar peryodiktir ve değişen harmonik değerini ihtiva edebilir ( Şekil 2 ) sinyal spektrumu güç sistemlerinde fo ana hamonik ve ( 2fo, 3 fo) kendi harmoniklerinden oluşan aralkl bir spektrumdur. Il. 6. Yar Peryodik Mod Bu ferrorezonans moduna yalanc peryodik de denir yani peryodik değildir. Bu spektrum aralkh bir spektrumdur. Frekans formunun tamn nn + mn ( n ve m ' tam-say ve f 1 f irrasyonel reel say ) bu stroboskobik görüntü kapall bir eğriyi gösterir. Stroboskobik görüntü V -I grafiğinde normal nokta ve ferrorezonans durumunu gösteren nokta olmak üzere iki nokta ile görülür. 23

4 SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 6.Ci1t, 2.Say (Temmuz 2002) Enerji lletim Sistemlerinde Fcrrorezonans Olaylar II. 8. Ferrorezonansn Teşhis Edilmesi,. r V 1'1 V t r.. \...-, Elementlerin teşhisi ( tetkiki) : F en orezonans sk sk aşağda tarif edilen baz belirtilerin rehberliğinde oluşur. 1. Sürekli yüksek gerilimler farkl nodda (faz - faz) ve/veya ortak (genel) mod (faz-toprak) F errorezonansn yar peryodik modu 2, Sürekli yüksek alarnlar 3. Sürekli yüksek distorsiyonlu gerilim ve akm dalga fo mu 4. Nötr noktas geriliminin yerinden çkmas yüksüz Şekil 4.Ferrorezonansm yar peryodik modunda V-t grafiği transformatörlerin snmas 5. Fazla yüklü transformatör ve re aktörlerin sürekli gürültüleri 6. Elektrik ekipmanlannn snma etkisi ile zarar görmesi ll. 7. Karmaşk Mod Karmaşk modun karşlğ olan spektrum düzenli devamldr yani her bir gerilim değerine farkl frekans değeri karşlk gelir. V-I grafiği de ilginç cazibeji olarak bilinir. vc:} (kapasite gurubu VT,CVT) veya İzolasyon bozulmas VT nin ferrorezonansla harap olmasnn en bariz örneği. primer sargnn harab olmas ve bozulmamş sekonder sargsdr 7. Kolayca zamansz hzl çalşan koruma cihazlar Bu belirtilerin ortaya çkmas ferrorezonans durumundan kaynaklannayabilir. Mesela topraklanmannş nötr sisteminin nötr noktasnn potansiyelinin değişmesi tek faz toprak hatasndan kaynaklanyor olabilir. Bu ön teşhis en basit şekilde tipik ferrorezonans dalga formlannn kaydedilmiş eğrilerini karşlaştrmakla yaplabilir. ' Teşhis zorluğu çekildiğinde, kayt olmadğnda, belirtilerin birkaç olas yorumu olduğunda yaplacak şey semptomlarn bulunduğu durumlarda bu olaya yol açabilecek sistem konfgürasyonunun ve bunlara yol açc Şekil 5. Ferrorezonansn kaotik modm1da grafikleri V-t ' V-f transformatör enerjilendime, bir endüstriyel işlernde fazn spesifik etkisi, yük reddetme gibi olaylarn analiz edilmesidir. Sonuç olarak ferrorezonans çok karmaşk bir olaydr çünkü : 1. Verilmiş bir devre için birkaç çeşit kararl hal vardr 2.Bu durumun meydana gelmesi sistem parametrelerinin değerlerine çok duyarldr. 3. Bu duumun neydana gelmesi başlangçtaki duuma çok duyarldr. 4. Sistem parametrelerindeki küçük değişimler veya geçici bir iki çok farkl kararl halde ani adamalara sebebiyet verebilir ve dört ferrorezonans tipinden birine yol açabilir burada en fazla temel ve subharmonik modlanndan biri ile karşlaşlr. 5. Ferrorezonansn yol açtğ geçici yada kararl salnmlar anormal hannonik değerleri yüksek gerilim ve akmlar. elektrik ekipmanlan için sk sk rol oynayan bir risktir 6. Kararl halde ferrorezonans güç sistem enerji kaynaklarnn gerilimi tarafndan desteklenir. Bir sonraki admdaki yaplacak iş ferrorezonansn gerçekleşmesi için durumun tespit edilmesidir. gerekli fakat yeterli olmayan üç 1. Kapasite ile nonlineer indüktansn ayn devrede bulumnas. 2. Potansiyeli eşit olmayan en az bir sistem noktasmn bulunmas ( Nötr İzolasyonu, tek sigorta atmas, tek faz anahtarlamas ) 3. Hafif yüklü sistemin elemanlan ( yüksüz güç veya voltaj transformatörü, generatör vb. ) Eğer bu durumlardan herhangi biri mevcut değilse ferrorezonansn olaslğ yüksek değildir. Aksi taktirde çok geniş araştrmaya muhtaçtr. Tipik güç sisteminin ferrerezonansa tercih edilebilecek durumu bir örnek ile karşlastrlrsa riskli konfigürasyonlann guruplannas basitleştirilir. 24

5 SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 6.Cilt, 2.Say (Temmuz 2002) Enerji Iletim Sistemlerinde Ferrorezonans Olaylan III. NÖTR NOKTASININ KARARSIZLIGI Demir çekirdeklerdeki manyetik doyma ; alam ve gerilimlerde distorsiyon yaratr. Demir çekirdekli bir sargya sinüsoidal gerilim uygulandğnda, sinüsoidal olmayan bir mknatslama akm doğar. Demir çekirdeğin doyma derecesi mknatslama aknndaki yüksek hannanilderi belirler. Bunlardan üç ve üçün kat harmanilcler üç faz h sistemlerde ayr bir önem taş u lar. Bilindiği gibi dengeli üç fazl işletmede sfr bileşen devresinde temel frekansl bir kaynak geilimi olmayacaktr. Ancak transfonnatörün demir çekirdeğinin daymas halinde üçüncü harmonik distorsiyonu bir eşdeğer üçüncü hamonik gerilimi ( e3) ile ifade edilebilir. Bu gerilimler nötr noktasnn kaymasna ve böylece parafudurlara uygulanan gerilimlerin aşn biçimde büyümesine yol açar. Nötr noktasnn kararsz l ğ konusunda daha tam bir analizle gösterilebilir ki nötr noktasn kaydran gerilim saf bir üçüncü harmonik niteliğine sahip değildir. Bu gerilim devre parametreleri, d oyma şart, ve fazlarn enerjilenne zamanianna bağl olarak temel harn1onik frekansnn altndaki ve üstündeki değerlerde harmoniideri içeren karmaşk dalga biçimlerine sahip olabilir. Bu dalgalan gerçeğe yalan olarak saptayabilmek için TNA (geçici rejim şebeke analizörü ) üzerinden etüdleri n yaplmas gerekir. III.l. Enerjilernede Nötr Noktasnn Kararszlğ Genel olarak nötr noktasnn kara.rszlğ aşağdaki frekanslarda doğar 1. Temel frekans 2. Temel frekansn altndaki frekanslar Yukandaki ikinci durum kararl rejimde manyetik doyma halindeki işletme de yada kararl durumda yüksek gerilimlere yol açan enerj ilendilmelerde olabilir. Şu halde bu olay sayesinde herhangi bir işletmede herhangi bir fazdaki faz nötr gerilimi normalin iki kat olmaktadr. Bu ise bu fazdaki parafudurun parçalanmasna yol açabilir. IV. GÜÇ SİSTEMLERİNDE FERROREZONANS Bir güç sistemindeki Ferrorezonans aşağdakilerin bir veya birkaç ile kendini gösterir. l.f az lararas veya faz nötr gerilimlerinde aşr yükselmeler 2. Aşr akm yükselmeleri 3.Yüksek seviyedeki akm ve gerilimlerin dalga şeklinin bozulmas 4. Transformatörlerde aşr snmalar ve yüksek sesler 5.Elektrik ekipmanarna zarar verir (snma ve izolasyon bozulmas ) 6.Konyucu aletlerde kötü işlemler belirir. Bu olaylar habersiz ve rastgele meydana gelirse düzeni ciddi şekilde bozar. Aşağda tanmlanan baz durumlarda ferrorezonans ortaya çkabilir. Bwunla birlikte hangi muhtemel ferrorezonanslann ortaya ckabiieceği aşağdaki elemanlarn bulunduğu devrelerde teşhis edilebilir. Bir sinüsoidal gerilim kaynağ Bir güç sistemleri generatörüdür. Ferromanyetik indüktans : Bunlar güç transformatörleri ve ölçüm t-ansformatör leridir Kapasite : Bu yüklenmiş güç sistemlerinin kapasiteleri, iletim batlannn toprağa göre kapasitesi, yer alt kablolann1n yüksek kapasiteleri veya yer alt sistemlerinin toprağa göre kapasitelerinden oluşabilir. Düşük direnç: Düşük yüklü güç sistemi ekipmanlan (örnek olarak yüksüz transfonatör) ksa devredeki güç kaynağ veya zararl ksa devreler Bir güç kaynağndaki farkl kapasitans kaynaklannn ve nonlineer indüktanslarn çokluğuna ve çok geniş bir alandaki işletim durumlarna bağl olarak yukardaki tarif edilen durumlar karşlayan ve bu yüzdende ferrorezonans destekleyen güç devresi konfigürasyonu says sonsuzdur. Bununla birlikte deneyimler vastasyla ferrorezonansn ortaya çkmasna sebep olduğu bilinen birkaç tipik devre konfgürasyonu tanunlanabilir. Yüksek gerilirnde baz anahtarlama işlem hatalar ( Kilitli hat bağlayc veya hat kesici anahtar ) faz toprak arasnda bağlanmş gerilim trafasunu ferrerezonansa götürebilir. (şekil 6) Gerilim trafosu enerjilendirilir. Bir veya birden çok açk devre anahtannn kapasitanslannn yükseltilmesi ile C kapasitesi VT yolu ile boşalr VT saturasyana yönelir. Kaynak salnm sağlamak için Cd kapasitesini yükseltir. C kapasitesi VT ye bağl bütün kapasitelere ve anahtariann açlmas ile oluşan kapasitanslara karşlk gelir. B uradaki ferrorezonans al tha rnoniktir. 25

6 . SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 6.C11t, 2.Say (Temmuz 2002) Enerji Iletim Sistemlerinde Ferrorezonans Olaylara E ll , C (' D evre kesici Şekil 6. Devre kesicisiyle ferrorezonans. D c...,.._ açk devre Vl ser bağl VT nn Paralel ferrorezonans devresinde de bir veya iki gerilim trafosunun demir nüvesinin saturasyona sürüklenmesi ferrorezonans başlatabilir. o zaman faz - nötr ve nötr noktas gerilimlerini n (V n) her ikisindede ferrorezonans gözlenir. Nötr noktasnn gerilimi yerinden çkar ve bii veya iki fazn potansiyeli yükselir. Ve yönü nötr'e doğrudur. Sistemde kararl hal durumunda yüksek gerilirnin değeri normal faz - faz gerilim değerini geçebilir ve elektrik ekipmanlannn ykrnna neden olur. Ferrorezonansn tenel, subharmonik veya quas peryodik olmas gerilim afosun in ü nsmn magnetizasyonunun ve kapastans C nn. nsb değer lerine bağldr. Ferrorezonansn oluşmasnn sebebi ise. Düşük direnç: Gerilim trafosu sadece gerilime duyarl aletleri besler gibi hafif yüklüdür generatörde çok hafif yüklenmiş olabilir. 2. Potansiyeli sabit olmayan sistemdeki en az bir noktamn varlğdr : Sistemin yetersiz topraklanmş yada hiç topraklanmamş bölümlerindeki nötr noktas nötr noktasnn çalşmamas veya sistemin baz bölümlerinde yetersiz çalşmasdr. V. FERROREZONANSIN ÖNLENMESİ VEYA AZAL TILMASI Ferrorezonans pratikte önleyen ve elimine eden birkaç türlü alternatif şu şekildedir :. Dizayn vastasyla önlemek : Sekondei üçg n bağl bir gerilim trafosu kullanmak. bu p tik değildir çünkü gerilim trafosunun amaçlarndan brde yldz sekonderi kullanarak topraklama hatalarn kontrol etmektir. 2. Sistemi her şartta topraklamasz olmaktan kaçnarak dizayn etmek: Bu tamamen mümkün olmaiabili :.. 3. Geçici dahi olsa sistem parametre degerlennn rsk bölgesinde bulunmadklarndan emin olmak ve mümkünse tehlikeli bölgelerini göz önünde güvenlik marj sağlamak tutarak br Güç kaynağ tarafndan sağlanan ene : Jn1 olay destekleyecek yeterlilikte olmamasndan emn olmak bu teknik ferrorezonansn ortaya çktğ anda azaltlmasn sağlayan güç kayplarn içerir Saturasyon noktasnda sis te m gerlmnn k katna dayanacak çokdüşük indüksiyon dizayn] gerilhn trafosu kullanmak :Bu pahal bir alternatiftir. 6. Yük dirençleri yoluyla kaylplar öne sürmek : wye - wye bağlanmş gerilim trafalarnda her biri ikin. c l devreye bağlanacak şekilde üç direnç bağlana ḷr reziztörler sürekli güç çektikleri ve ölçü aletlernn ölçümünü etkilerlikleri için rezistör değerlerinin dikkatli alnmas önemlidir. Yldz sekonderinin olduğu yerde yldz noktasna tek rezistör konmas tavsiye edilir bu gerilim tafosm1un doğruluğuna etki etmediği ve nornal çalşmada kayba neden olmadğndan avantajldr sadece dengesiz durum süresince (ferrorezonansa neden olan durumlarda) zarara yol açar. F errorezonans önlemek için birkaç pratik te db ir alnabilir ferrorezonansn yüksek gerilim) yüksek akm ve dalga bozulmalar elektrik ekipmanlarnda bir termal ve di elektrik bozulmalara yol açabilir (bozulma, performansta ve izolatörlerin ömründe azalma ) Standartlarda geçici ferrorezonans ve rezonansn yüksek gerilimleri yukar da bahsedilen yöntemlerden biri ile önlenmesi yada snrlandnlmas1 istenmektedir. Eğer bu iyileşticici önlemler yeterli değilse bunlar gerilim değerlerinin aniden yükselmesini durdurmak için veya yaltm dizayn için kullarulamaz. Bu demek olur ki izolasyon koordinasyon prosedüü ferrorezonansa bağl yüksek gerilim seviyelerini normalde dikkate almaz ve buna bağl yüksek gerilim seviyelerini durduran elemanlar teorik olarak ferrorezonanta, karş bir koruma sağlamazlar. ( bu durdurucularn artk gerilimleri ferrorezonansa bağl gerilim yükselmelerinden daha yüksektir.) V.1. P ratik Çözümler Pratik çözümler şunlardr: 1. izole nötr sistemlerde nötrü toprakl VT primerlerinin wye bağlantsndan kaçnlr: Bu iki şekilde yaplr birincisi VT I erin nötr lerini topraksz üçgen bağlayarak. brakarak yada 26

7 SAU Fen Billroleri Enstitüsü Dergisi 6.Ci1t, 2.Say (Temmuz 2002) EnerjiDetim Sistemlerinde Ferrorezonans Olaylar Eğer \vye bağlantl toprakl nötr primerleri ( örneğin sfr - sra gerilim ölçümü ) izole nötr bir sistemde yada hazrlksz bir topraklama sistemine sahip bir sistemde kullanlacaksa bu yöntem kullanlr. 2. r..1anyetik nüveyi düşük indiksiyon değerlerinde çalştrmak için dizayn tedbirleri alnr ( T ) böylece yüksek gerilimler ferrorezonans tetikleyemez. Saturasyon eğrisindeki gerilim ve gerilim değerleri arasn da en az ikilik orannda olmaldr. Bir yada daha fazla resistans yükü yoluyla kayplar çoğaltlr bunlarn değeri olay etkin bir şekilde azaltmaya yetmesede toplam güç tüketimi gereksinimi duyulan kesin durumlara uyduğundan emin olunmaldr. V. 2. Ornek Bir Çalşma Aşağdaki örnekte ferrorezonansn meydana gelebileceği bir YG-OG sistemi incelenmiştir. Burada hatal üretime bağl olarak ortaya çkan kesilme zamanlarn düşürmek için bir uzaktan kumanda ile ayrc anahtarlan kontrol edilmektedir. Şekil 7 de görülen örnekte uzaktan kumandal kübik kesici (AC'T ) serbest salnml ve bir yerüstü orta gerilim sistemine yeralt kablosu üzerinden bağlanmş tr. YOfOO Alt istasyo r ACT ' SRI ' VT 1 (ikifra; 1 arasnda) : Di rwalt 19tesyonla.rm beslewsi vere farkl bir alt istasyon beslenesi Adayclarn 1 nolu kutbun l.fazndan yüklendikten soma VT lerin patlamas 5 ile 55 dakika arasnda gözlenmiştir. ( Bu :zaman olaya bağldr ) (Anahtar ayncs kapal ve 2 nolu kutup ataycs yüklenmemiştir.) İncelenen güç sisteminin parametreleri TT = V, 100 VA Alt istasyon: 63 Kv 12 1 ky Nötrü toprakl reziztans : 400 lomva YG log 20 km yerüstü hatt : YG 1 OG alt istasyonu ile 1 nolu kutup arasnda ACT kutup bağlantlan : 15 mt kablo 150 mm 2 aliminyum Çalşma frekanslar: (50 hz ve alt harmonikler) Yerüstü hatt boyuna empedans ile modellenebilir. Eşitlik diyagram şekil 8 deki gibidir. E!(l) R l c, VT 1 t p 1, Şekil 8. İncelenen örnek sistemin tek faz eşitlik diyagram c Q umpe.rn m ' Burada : e (t) : Sinüsoidal gerilim kaynağ li kablo,. : kablo L J e(t) = E cos(l 00 IT t) e(t) = 21 oo.fi. 1 J3 = 7000volt 15m Şekil 7. Uzaktan kumandal kübik kesicinin (ACT)orta gerilim güç sistemindeki bağlants Şekil 7 de bir gerilim trafosu iki faz arasna ( faz 1 ve faz 3 ) bağlaunştr. Uzaktan kumandamn SRI tipi düşük gerilim bağmsz güç kaynağnn gücünü sağlar ( SRI : swtcb remote control interface ) Bu çalşna VT lerin değişik yüklemelerdeki baz hatalarla patlamasnda harekete geçer. Bu durum VT ler çabşrna esnasnda enerjilendirildiklerinde ortaya çkar. (Yeriistü hattnn yeralt kablosu ile ikisinden birinin Uumper) bağlants yapldğ srada ) R =Nötr toprakl rezistans + YG 1 OG trans formatörünün resistans + yer üstü kablosunun boyuna resistans L= YG 1 OG transformatöiinün self indüktans + yerüstü hattnn boyuna self indüktans Co = 30 mt lik kablonm1 sfr - sra kapasitans ( Co = 6. 7 nf ) Lp= (Nonlineer ) Primerden görünen VT nin mknatslayc indüktans bunun değeri yüksüz bir VT de alnmş gerilim - akm karakteristiği ile belirlenir. (Mağnetizasyon eğrisi ) Rp = Primer sargmn rezistans R2 =Demir kayplarna ve histeresiz kayplarna eşit olan resistans R2 nin sabit olduğu ve remenans geriliminden ve tepe aksndan bağmsz olduğu varsaylr Bu devre şekil 8 deki gibi basitleştirilebilir. V e bir ferrorezonans devre dizisidir. 27

8 SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 6.Ci1t, 2.Say (Temmuz 2002) Enerji llethn Sistemlerinde Ferro ezonans Olaylan Uygun metodlann uygulannas ferorezonans.n VT ile VT nin serbest faz arasna bağl 30 nt lik kablonun toprak kapasitans arasnda olayn incelenmesine imkan verir. Bu sistemde yaplan analizler sonucunda termal etki ile VT hatasyla sonuçlanan en az bir ferrorezonans durumllllun varlğ tesbit edilmiştir ve özel önlemler alnmaldr. V. 3. Çözümler.. 4. Transformatör I erin anahtarlamalar Risk oluşturan birkaç durumda şunlardr: l.nötr hattndan izole edilmiş faz ve toprak arasna bağl gerilim transformatörn 2.Bir transfornatöü besleyen uzun ve/veya kapasitif kablolar yada hatlar 3. Çok kutuplu yaplamayan faz anahtarlamalar 4. Yüksüz yada az yüklü gerilim yada güç transforn1atöii 5. D oyma snrndaki bir gerilim trafosu 6. Aşu güçlü bir gerilim trafosu Bu olayda aşağdaki arttrlrruş ferrorezonans koruma önlemleri tavsiye edilir. 1. VT sekonder sarglar yüklenebi1ir: Uygun nümerik metodlar bu yükün değerinin belirlenmesinde yardmc olacaktr. 2. Güç sistemi elenanlar enerjisiz iken anahtarlamalar yaplmaldr. 3.Enerj ilendirme prosedüü değiştirilmelidir: Özellikle iki numaral kutbun anahtarlamas yaplnaldr anahtarlama yaplrken her üç fazda eşzananl olarak VT nin iki fazn destekleyecek şekilde yaplr. I irinci kutubun anahtarlamas daha sonra yaplabilir. KAYNAKLAR [ 1] Chaiers techniques ( Philippe FERRACCI Group Schneider I 998 ) [2] 6. Teknik kongre (Yurdakul ALPARSLAN T.E.K.) VI. SONUÇ Herhangi bir elektrik güç sisteminin erken dizayn aşamasnda ferrorezonans riski mutlaka göz önüne alnmaldr. Bu durum herhangi bir güç sisteminin tamir yada genişletilmesi durumunda da geçerlidir. Temel olarak riskten ku1ulrnak için bu olayn meydana gelebileceği tehlikeli konfigürasyonlann bilinmesi gereklidir. Eğer kritik bir konfigürasyon kaçnlmaz ise detayl bir çalşma ile sadece riskli durunuar gözönüne alnr ve sağlanan çözürnlerin etkinliliği değerlendirilir. Bu makalede hakknda fazla bir şey bilimneyen ve çok tehlikeli olabilen ferrorezonans olay hakknda D.G ve Y. G elektrik güç sistemlerinin dizayn edilmesinde ve ferrorezonans riskine karş alnabilecek önlemler hakknda bilgiler bulunmaktadr. Böylece bilinmelidir ki elektrik güç sistemlerinde meydana gelen baz aniaşlamayan olaylar ferrorezonansla ilintili olabilir. Ksaca ferrorezonans tetikleyen olaylar ve risk altndaki konfigürasyonlar şunlardr: l.kapasitelerin anahtarlamalan 2. Yaltm hatalan 3.Hatlara düşen yldrmlar 28