GENETEK. Güç Sistemlerinde Koruma Eğitimi. Güç, Enerji, Elektrik Sistemleri Özel Eğitim ve Danışmanlık San. Tic. Ltd. Şti.

Transkript

1 GENETEK Güç, Enerji, Elektrik Sistemleri Özel Eğitim ve Danışmanlık San. Tic. Ltd. Şti. Güç Sistemlerinde Koruma Eğitimi Yeniköy Merkez Mh. KOÜ Teknopark No:83 C-13, 41275, Başiskele/KOCAELİ Telefon-Faks:

2 İçindekiler GİRİŞ SEÇİCİLİK (SELEKTİVİTE) Arıza Nedenleri Koruma Koordinasyon Süreçleri Temel Tanımlar Koruma Sisteminin Özellikleri Akım Bazlı Seçicilik Zaman Bazlı Seçicilik Lojik Seçicilik Yönlü Seçicilik KORUMA FONKSİYONLARI Aşırı Akım Zaman Koruması Sabit Zaman Karakteristiği Ters Akım-Zaman Karakteristiği Yönlü Koruma Diferansiyel Koruma Diferansiyel Seçicilik Birleşik Seçicilik SİSTEM ELEMANLARININ MODELLENMESİ Akım Transformatörleri Akım Transformatörü Parametreleri Akım Transformatörü Seçimi Gerilim Transformatörleri Gerilim Transformatörü Parametreleri Sayfa 2

3 Giriş Koruma Koordinasyon Süreçleri Ekipman Parametreleri Tekhat şeması Uzunlu, kesit Vs Kısa Devre Hesapları Maks. Kısa devre Minimum kısa devre Koruma Konsepti Aşırı akım Yönlü Diferansiyel Karakteristik Parametrelerin Hesaplanması Eşik değerleri Zaman gecikmeleri Eğri tipleri Raporlama Eğriler Ayar tabloları Sayfa 5

4 Giriş Koruma Sistemi Özellikleri Elektrik dağıtım şebekelerinde koruma ve koordinasyondan beklenen birtakım özellikler mevcuttur; Seçici Hızlı Güvenilir Yedek Bağımsız Maliyetinin olmalıdır: koruma olmalıdır: uygun Şebekede sağlamalıdır: Seçici olması Dağıtım Bir koruma, oluşabilecek gerekmektedir: şebekesinde Güvenilirliği hatalı sisteminin bir bölgeyi herhangi arıza, Bir arttırmak koruma sistemden davranışı, mümkün bir sistemi için arıza olan izole ilk şebekenin durumunda, ek akla en ederken, maliyetlere kısa gelen sürede yapısından koruma şebekede yedek sebep ortadan elemanları korumaların olacak olabildiğince mümkün kaldırılarak gereksiz doğru olan yapılmasıdır. şebeke meydana fonksiyonlardan bir en şekilde az bölgenin yapısının gelebilecek Öncelikli çalışıp, ve kaçınmalıdır. arızayı değişimlerine en çalışması hasar az ortadan sayıda en aza gereken tüketicinin indirilmelidir. kaldırmalıdır. olabildiğince koruma bu durumdan elemanının duyarsız olmalıdır. etkilenmesini çalışmamasına sağlar. karşılık sistemde çalışacak başka elemanların olması gerekmektedir. Seçicilik Ekonomik Hız Koruma Sistemi Bağımsız Güvenilir Yedekli Koruma Sayfa 7

5 Koruma Fonksiyonları Ters Akım-Zaman Karakteristiği(51, 51N) Çalışma zamanı hata akımının büyüklüğüne bağlıdır. Röleler arasındaki koordinasyonu için ters akım-zaman karakteristiği yararlıdır. R3 R2 R1 Avantajlar; Esneklik (birden fazla eğri seti) t Ani hatalar için kısa çalışma zamanı Manyetik ve termik açma eğrileri ve sigorta erime eğrisi ile uyumludur. R3 Çalışma Bölgesi R1 Çalışma Bölgesi R2 Çalışma Bölgesi Dezavantajlar; Hesaplamaları daha zorludur. I R3 I R2 I R1 I Sayfa 2

6 Koruma Fonksiyonları Ters Akım-Zaman Karakteristiği(51, 51N) IEC standartlarında normal ters, çok ters, çok fazla ters ve Uzun gecikmeli olmak üzere 5-tip ters akım zaman karakteristiği belirlenmiştir. IEC e uygun olarak akım ve zaman arasındaki bağlantılar aşağıda verilen ifade yardımıyla belirlenir. t = I I > β α TMS 1 t :çalışma süresi (saniye) TMS :ayarlanabilir zaman çarpanı I :ölçülen akım I> :Rölenin ayarlanan aşırı akım eşik değeri α :cebrik fonksiyonu karakterize eden indeks β :röleyi karakterize eden sabit Karakteristik β α IEC Normal Inverse IEC Very Inverse IEC Long Time Inverse IEC Extremely Inverse 80 2 IEC Ultra Inverse Sayfa 12

7 Koruma Fonksiyonları Yönlü Koruma(67, 67N) Gözlü güç sistemlerinde, her iki taraftan beslenen hatalarda hata akımının akış yönüne duyarlı olan bir koruma ünitesi gereklidir. Hata yerini seçici olarak belirleme ve hatalı kısmı ayırmak için yönlü aşırı akım koruma üniteleri kullanılır. Açık veya kapalı ring olarak işletilen şebekelerde, şebekedeki anahtarlama değişimlerinden bağımsız olarak koruma yapabilmek için kullanılır. Sıfır Tork Çizgisi İleri(Normal) Yön V res=-3v 0 V res Sıfır Tork Çizgisi İleri(Normal) Yön U BC I A Geri(Ters) Yön θ φ I A Geri(Ters) Yön φ θ U BC R 1 R 2 E S R F ZS ZL V AN ZE G A-G I A R' 1 R' 2 VA-G VA-G G-F G-F G-F 120 o 120 o VC-G VB-G VC-G VB-G VC-G VB-G 120 o -VRES=3V0 VA-G VB-G -VRES=3V0 VA-G VB-G -VRES=3V0 VB-G V BN V' BC V CN Yük VC-G VC-G VC-G V BC Sayfa 16

8 Koruma Fonksiyonları Diferansiyel Koruma(87, 87N) Diferansiyel korumanın diğer sistem korumaları ile Trafo Hat Generatör Motor koordinasyonu sağlanmaz. Çünkü, diferansiyel koruma, kendi koruma bölgesi dışında aktif olmayacaktır. (kendinden seçici) ni çıkış Koruma bölgesi n:1 n:1 ni giriş Ancak bu durum doyması durumunu ortaya çıkarabilir. dışsal arızalarda akım transformatörünün I fark =0 Bu durum farklı doyuma giden transformatörlerden çıkan akımın farklı oranlarda azalmasına, röle üzerinde fark akımı oluşmasına sebep olur. Trafo Hat Generatör Motor Bu problem iki farklı yöntem ile çözülmektedir. ni çıkış Koruma bölgesi n:1 n:1 ni giriş Yüksek empedans koruması Hata Düşük empedans koruması(yüzde oranı koruması) I fark =I hata Sayfa 18

9 Koruma Fonksiyonları Birleşik Seçicilik(Akım-Zaman Bazlı) Prensip; Alt koruma ile üst korumanın düşük ve yüksek seviye fonksiyonlarının hem akım hem de zaman bazlı seçicilik 1. Koruma Bölgesi 2. Koruma Bölgesi sağlamasıdır. Örneğin; 2 numaralı röle himayesinde bulunan 2. koruma bölgesinde meydana gelecek hatalar, 1 numaralı röle tarafından t1 düşük = 1 Is1_düşük,ts1_düşük Is1_yüksek,ts1_yüksek t2 + t sürede temizlenir. Yalnızca 1. koruma bölgesi içerisinde oluşabilecek daha yüksek akımlı kısa devreler 1 numaralı röle tarafından t1 yüksek t Hata Akımı süresinde temizlenir. Uygulama alanları; Tüm OG sistemlerde uygulanır. 2 Is2,ts2 t 1_düşük Avantajları; Basit uygulama mantığı t 2 Δt Korumaların yedeklenebilmesi Toplam seçicilik t 1_yüksek I s2 I s1_düşük I s1_yüksek I Sayfa 28

10 Koruma Fonksiyonları Birleşik Seçicilik(Lojik-Zaman Bazlı-Karmaşık) Prensip; Aynı grup içindeki korumalar lojik seçicilik, farklı grup içindeki korumalar zaman seçicilik yapılır. Gruplar, aynı bara giriş çıkış fiderleri bir grup olacak 1. Koruma Bölgesi 2. Koruma Bölgesi şeklinde ayrılır. 3. Koruma Bölgesi 4. Koruma Bölgesi Örneğin; 1. grup A rölesi ile B rölesi arasında lojik seçicilik, 1. ve 2. 1 A 0.1 sn Blokaj Arıza Bölgesi Röle 1_A Röle 1_B Röle 2_A Röle 2_B grup B röleleri arasında zaman seçiciliği bulunur. B 0.5 sn sn Avantajları; 2 Bloke 0.5 sn - - Korumaların yedeklenebilmesi 3 Bloke 0.5 sn 0.1 sn - Uzak mesafeler arasında bağlantı yok Kısa temizleme süreleri 2 A 0.1 sn Blokaj 4 Bloke 0.5 sn Bloke 0.3 sn B 0.3 sn Sayfa 30

11 Ölçü Transformatörleri Ölçü Transformatörleri Akım/gerilim bilgisini indirgeyerek ölçme işleminde kullanılan transformatörlere genel olarak ölçü transformatörleri adı verilmektedir. Ölçü transformatörleri, ölçebildiği parametreye göre akım ve gerilim ölçü transformatörü adını almaktadır. STANDARTLAR Ölçü Transformatörleri IEC IEC 185:1987 A.T. IEC 44-6:1992 A.T. IEC 186:1987 G.T. AVRUPA BS 7625 G.T BS 7626 AT BS 7628 AT+GT Akım Ölçü Transformatörleri Gerilim Ölçü Transformatörleri İNGİLTERE BS 3938:1973 AT BS 3941:1975 GT AMERİKA ANSI C AT ve GT Ölçme Amaçlı Akım Transformatörleri Koruma Amaçlı Akım Transformatörleri Ölçme Amaçlı Gerilim Transformatörleri Koruma Amaçlı Gerilim Transformatörleri KANADA CSA CAN3-C13-M83 AT ve GT AVUSTURALYA AS AT Sayfa 34

12 Ölçü Transformatörleri Akım Transformatörü Parametreleri Nominal çıkış gücü İddia edilen ölçüm doğruluğunun sağlandığı yük miktarı Genellikle VA cinsinden gösterilir Standart değerler, 2.5, 5, 7.5, 10, 15, 30 VA Nominal primer akımı akım Standart değerler;5,10,15,30,40,50,75,100,125,150,250, 300,400,500,600,800,1000,1200,1500,2000,2500,3000, 4000 A Nominal sekonde akımı akım Standart değerler, 1,2 veya 5 A Termik Kısa Devre Anma Akımı (Ith) : Sekonderi kısa devre iken, trafonun 1 saniye dayanabileceği maksimum primer akımının rms değeridir. Doğruluk Sınıfı : Belirli güç ve akım değerlerinde, dönüştürme oranını ve faz farkı hata sınırlarını garanti eden bir değerdir Dönüştürme Oranı Hatası : % cinsinden trafonun akım ölçme hatasını ifade eder. Akım hatası = K ni s I p 100 I p Akım veya Faz Farkı Hatası: Bu değer primer ve sekonder akımları arasındaki faz farkını ifade eder. Dakika cinsinden söylenir Emniyet Faktörü(n, ALF) Bu katsayı akım transformatörünün doyuma gideceği seviyeyi belirtir. Dinamik Kısa Devre Anma Akımı (Idyn) : Sekonder kısa devre iken, trafonun dayanabileceği maksimum primer akımının tepe değeridir. Idyn = 2.5 Ith İzolasyon Seviyesi Akım transformatörünün çalışacağı sistemin azami gerilim seviyesini belirtir. Transformatörün dizaynı, izolasyon mesafeleri ve boyutları çalışacağı sistemin maksimum gerilim seviyesi dikkate alınarak yapılır. Sayfa 37

13 Ölçü Transformatörleri Akım Transformatörü Seçimi I sekonder 125 A 600/5 n'=25 Akım transformatörü seçiminde belirlenen parametreler; 5 ka 31.5 kv (10 ka)83 A (3,3 ka)55 A 300/5 n'=10 İzolasyon gerilim seviyesi Primer akımı Akım Transformatörü Un: 36 kv Primer Akımı: 300 A Sekonder Akımı: 5A Ith:100xIn Idyn:2.5xIth Sınıf:5P n(alf):10 S:7.5 VA 1A 50 A 3 ka 10 ka 15 ka I primer Sekonder akımın Nominal güç Doğruluk sınıfı Doyma katsayısı Termik kısa devre dayanımı Dinamik kısa devre anma akımı (Idyn) 275 A Sayfa 38

14 Ölçü Transformatörleri Gerilim Transformatörü Parametreleri Primer Anma Gerilimi Sekonder Anma Gerlimi Fazlar arası bağlanmış bir VT için sekonder anma gerilimi 100 veya 110 V tur. Ancak faz - toprak arası bağlanmak üzere dizayn edilmiş monofaze gerilim trafoları için sekonder anma gerilimi: Nominal Çıkış Gücü VA cinsinden ifade edilir. Trafonun, primer anma gerilimine ve de yüke bağlı iken sekondere verebileceği görünen güce denir. Standart değerler; VA Dönüştürme Oranı Hatası : % cinsinden trafonun akım ölçme hatasını ifade eder. Gerilim hatası = K nu s U p 100 U p Faz veya Faz Farkı Hatası Bu değer primer ve sekonder akımları arasındaki faz farkını ifade eder. Dakika cinsinden söylenir Anma Termik Sınır Çıkışı : Standartlar tarafından açıklanan ısınma limitlerini aşmaksızın, sekonder anma geriliminde trafonun sürekli olarak besleyebileceği görünen yükü ifade eder. Doğruluk Sınıfı : B Belirli güç ve gerilim değerlerinde, gerilim hatası ve faz hatası sınırlarını garanti eden bir değerdir. Koruma Devrelerinde; Primer anma geriliminin %5 i ile, primer gerilimi ve anma gerilim faktörünün çarpımına eşit olan maksimum gerilim arasında kalan değerler için, 0.8 güç faktöründe, anma gücünün %25 i ile %100 ü arasında kalan sekonder yükü için garanti edilir. Standart IEC doğruluk sınıfları: 3P ve 6P Pratikte genellikle 3P kullanılır. Sayfa 40

15 Örnek Uygulamalar Örnek 1 J R j 100 A D E G H R H B R B R G R E M 160 A R D 100 A S igorta 160 A S igorta Sayfa 53

16 TEŞEKKÜRLER