ELEKTRİKKUVVETLİAKIM (9)

Transkript

1 TURGUTODABAŞI e-kitap ELEKTRİKKUVVETLİAKIM (9) Koruma Kontrolveİzleme1 *KorumaSistemlerininİncelenmesi *GüçSistemininAraştırılmasıveÇözümler *KorumaSistemlerininKoordinasyonu *ŞebekeKoruması *GüçSistemleriKoruması *MotorlardaDışEtkilerinNedenOlduğuHatalar *KısaDevrelereKarşıKoruma *KondansatörGruplarınınKorunması *AşırıGerilimeKarşıKorumaCihazları *KorumaSistemiSeçim Rehberi *AG SistemlerindeAşırıGerilimeKarşıKoruma *YıldırımdanKorumaSistemininTasarımı *YıldırımdanKorumaSistemi *ÇokSeviyeliKorumaiçinGereklilikler EMO YAYINNO:EK/2011/11 TMMOB ElektrikMühendisleriOdası

2

3 ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM (9) Koruma Kontrol ve İzleme 1 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -1-

4 9 KorumaKontrolveİzleme 9 KorumaKontrolveİzleme 334

5 Notları Derleyen: Aydın Bodur Emre Metin Notları Yayına Hazırlayan: Aydın Bodur Hakkı Ünlü M.Turgut Odabaşı na Saygılarımızla Elektrik Kuvvetli Akım Notları, Turgut Odabaşı nın Elektrik Tesisat Mühendisleri Dergisinde yayınladığı yazılardan, Elektrik Kuvvetli Akım Tesisat El Kitabı ile her bölümün sonunda belirtilen ABB, Schneider, Chevron, NAFVAC TMMOB ve Siemens in ELEKTRİK hazırladığı MÜHENDİSLERİ İmalat, Bakım, ODASI Montaj El -2- kitaplarından EMO için derlenmiştir.

6 9.1. Koruma Sistemlerinin İncelenmesi Giriş Koruma sisteminde olması gereken şartlar Rölelerde olması gereken nitelikler Sistemde bir hatanın varolma kriterleri Şebeke üzerinde bir hatanın varoluş kriterini oluşturan etkenler Koruma Cihazları Koruma Sisteminin Tasarımı Koruma Sistemi Çalışmaları Güç sisteminin araştırılması Her bir uygulama için çözümler Güç Sisteminin Araştırılması ve Çözümler Güç sistemi yapısı Nötr Topraklama Sistemleri Zorluklar ve seçim kriterleri Aşırı gerilim seviyelerinin azaltılması Toprak hata akımının azaltılması Nötrü izole sistem Nötrü direnç üzerinden topraklı sistemler TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -3-

7 Düşük reaktans üzerinden nötrün topraklanması Kompanzasyon reaktansı üzerinden nötr noktasının topraklanması Nötrü doğrudan topraklı sistemler Koruma Sistemlerinin Koordinasyonu Koordinasyon İşlemleri Koruma Koordinasyonu için Gerekli Veriler Koruma Koordinasyon Prosedürü Koordinasyon Zaman Aralıkları Koruma Sistemlerinde Seçicilik Akım Karakteristikli Seçicilik Lojik Seçicilik Yönlü Koruma Seçiciliği Diferansiyel Koruma Seçiciliği Kombine Seçici Sistemler Toprak Hatasının İzlenmesi ve Koruma Şebeke Koruması Koruma Sistemi Gereklilikleri Zaman Karakteristikleri Sabit zaman karakteristiği TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -4-

8 Ters Akım-Zaman Karakteristiği Seçicilik Güç Sistemleri Koruması Tek Beslemeli Güç Sistemleri Fazlar arası hata durumu Faz-toprak hatası İki Besleme Girişli Sistemler Fazlar arası hatlar Faz-Toprak hataları İlave koruma fonksiyonları Kuplaj Açık Gözlü Şebekeler Kapalı Gözlü Şebekeler Diferansiyel Koruma Aşırı akım koruma ve yönlü lojik seçicilik BUSBAR Koruması Hata Tipleri Ve Koruma Fonksiyonları Faz arası ve faz-toprak hataları Transförmatör Koruması TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -5-

9 Korumanın Amacı İşletmedeki Zorlanmalar ve Hata Şekilleri Aşırı yüklenme Kısa devre Tank hataları: Transformatörün Devreye Alınması Transformatörde 3-faz aşırı akım koruması Kısa Devre Koruması Yönlü Aşırı Akım Rölelerinin Açıklanması Toprak hata yönlü koruma Transformatör Diferansiyel Koruma Transformatörlerde Toprak Hata Koruması Transformatör Termik Aşırı Yük Koruması Gaz etkisiyle çalışan röleler Transformatör Korumaları ile ilgili Örnekler Jeneratör Koruması Jeneratör ve Jeneratör-Transformatör Üniteleri için Koruma Röleleri Strator toprak hata koruması TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -6-

10 Yönsüz toprak hata akımı rölesi Yönlü toprak hata rölesi Faz kısa devre koruması Jeneratörün diferansiyel koruması Jeneratör Koruması için tavsiye edilen ayar değerleri Motor Koruması Termik Koruma Rotor Blokaj Koruması Aşırı Akım Korumaları Toprak Hata Korumaları Düşük Gerilim Koruması Motorun Diferansiyel Koruması Akım Dengesizliği Koruması ANSI Motorda Meydana Gelebilecek Hata Tipleri Besleme Sistemi Hataları Motorun İç Hataları Faz faz kısa devreleri: Aşırı Gerilimlere Karşı Koruma Aşırı Gerilimler TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -7-

11 Motordaki Hatalar Motorlarda Dış Etkilerin Neden Olduğu Hatalar Motor beslemesi ile ilgili hatalar Motor işletmesi sırasında meydana gelen dış hatalar Motorun yol alması: Motorun kilitlenmesi Kısa Devrelere Karşı Koruma Genel Bakış Termal davranış Elektro dinamik davranış Sigortalar Manyetik Kesiciler Aşırı Yüke Karşı Koruma Aşırı yük röleleri (termal ve ya elektronik) Kondansatör Gruplarının Korunması Hata Tipleri Aşırı yüklenmeler Kısa devreler Gövde hataları TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -8-

12 Kapasitör elemanı kısa devresi Kapasitör Gruplarının Korunması ile ilgili Örnekler Aşırı Gerilimler Transiyen aşırı gerilimler : Standart gerilim şekilleri Güç frekansında aşırı gerilimler Aşırı Gerilime Karşı Koruma Cihazları Koruma Seviyesi Eklatörler veya kıvılcım atlatıcılar ile koruma Parafudrlar Koruma Sistemi Seçim Rehberi Jeneratör Korumaları Nötrü düşük değerli direnç üzerinden topraklı küçük makinalar için minimum koruma Nötrü düşük değerli direnç üzerinden topraklı küçük makinalar için alternatif koruma sistemi Nötrü düşük/yüksek değerli direnç üzerinden topraklı küçük makinalar için tavsiye edilen koruma sistemi Kabloların Aşırı Yükle Kısa Devreye Karşı Korunması Kabloların Aşırı Yüke Karşı Korunması TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -9-

13 Kısa Devreye Karşı Koruma Koruma (PE), Nötr (N) ve Eşpotansiyel Bağlantı İletkenleri Nötr İletkenleri Parafudrların Alçak Gerilim Tesislerinde Yerleştirilmesi AG Sistemlerinde Aşırı Gerilime Karşı Koruma Aşırı Gerilim Koruma Cihazları Parametrelerin Açıklanması Yıldırıma ve Aşırı Gerilimlere Karşı Koruma Sistemleri Yıldırım Deşarjı ve Zamana Bağlı Olarak Yıldırım Akımının Gelişimi Yıldırım Akımının Şarjı Yıldırım Koruma Seviyelerine göre Yıldırım Akım Parametrelerinin Tayini Yıldırımdan Koruma Sisteminin Tasarımı Hasar Riskinin Tayini ve Koruma Elemanlarının Seçimi Risk yönetimi Risk tayinin esasları Yıldırımdan Koruma Sistemi Harici Yıldırımdan Koruma Sistemi Döner Küre Metodu geometrik elektriksel model TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -10-

14 Ağ (göz ) Metodu Koruma Açısı Metodu Çatı üzerinde bulunan yapılar için izole yıldırım yakalama sistemleri I max veya I imp Maksimum Akımları Gerilim koruma saviyesi Up Akım Kapasitesinin Belirlenmesi (Up) Gerilim koruma seviyesinin tayini Çok Seviyeli Koruma için Gereklilikler Aşırı Gerilimlere Karşı Koruma Cihazlarının Seçimi ve Tesis Edilmesi Güç besleme sistemleri SPD lerin Teknik Karakteristikleri Maksimum sürekli gerilim U C Darbe akımı I imp Nominal deşarj akımı In Gerilim koruma seviyesi Up Kısa devre dayanım kapasitesi U C geriliminde Akan akımı söndürme kapasitesi I fi Koordinasyon TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -11-

15 TOV Gerilim Değişik sistemler için SPD lerin kullanımı SPD cihazlarının TN sistemlerde kullanılması TT sistemlerde SPD lerin kullanılması IT sistemlerde SPD lerin kullanılması SPD lerin bağlantı hatlarının uzunluğu IEC ye uygun olarak yapılan V şeklinde seri bağlantı IEC e göre paralalel bağlama Toprak tarafında bağlantı hatlarının tasarımı Faz tarafına kablo bağlantı hatlarının tasarımı Kesitlerin değerleri ve darbe koruma cihazlarının artçı koruması Yıldırımdan Koruma Bölgesi Kavramı TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -12-

16 9.1. Koruma Sistemlerinin İncelenmesi Giriş Jeneratör, transformatör, kablo, hat gibi şebeke elemanlarının birinde kısa devre veya izolasyon hatası sonucunda ark veya arıza akımlarının ve aşırı gerilimlerin yol açabileceği zararları sınırlandırmak veya en aza indirmek ve sürekli bir kısa devrenin şebekenin genel işletmesi ve özellikle stabilitesi üzerindeki etkileri ortadan kaldırmak için hatalı elemanın veya şebeke bölümünün olabildiğince çabuk devre dışı edilmesi gerekmektedir. Hatalı elemanın veya şebeke bölümünün otomatik olarak devre dışı etmek işlemi koruma sistemleri vasıtasıyla yapılır. Söz konusu koruma sistemleri ana başlıklar olarak, şebekenin hat, kablo, jeneratör veya transformatör gibi şebekenin bir bölümünü veya tamamını devamlı olarak gözeten ve şebekedeki akım ile şebeke tarafından beslenmekte olan röleler topluluğunu kapsamaktadır. İzlenen kısımda hata oluştuğunda ayarlanan değerlerin üzerindeki röleler işletmeye girer ve bu durumda düzenlenmesi göz önüne alınan sisteme bağlı kontaklar dizisi açılıp veya kapanmak suretiyle elemanı devreye bağlayan anahtarı açarak, hatalı bölümün devre dışı olması sağlanır. Koruma sistemlerinin iletim dağıtım şebekesinde olduğu gibi endüstriyel şebekelerin güvenilir bir şekilde işletilip korunmasında da çok önemli bir yeri vardır Koruma sisteminde olması gereken şartlar 1. Güvenilir bir şekilde yapılmış bir koruma sistemi, hatanın meydana geldiği şebeke bölümünü kesinlikle devreden çıkarmalı; hatalı bölümün haricindeki şebeke bölümleri devrede kalarak TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -13-

17 işletmeye devam etmelidir. Kısaca diğer bölümlere ait anahtarlar kapalı olarak devrede kalma şartıyla sadece hatalı cihazı veya bölümü çevreleyen anahtarlar açılmalıdır. Şekil 9.1. Genel şebeke yapısı Şekil 9.1 de sadece L11 ve L12 hatlarında kısa devre olursa L11 ve L12 anahtarlarının açılması gerekir. Koruma sistemindeki diğer anahtarlardaki açılma gereksiz açma olacaktır. Koruma sisteminin sadece hatalı elemanı seçmeyi başarırsa bu koruma sistemine seçici koruma sistemi denir. Bir koruma sistemi güvenilir olmalı yani gerekli olan durumların hepsinde çalışabilmeli ve aynı zamanda seçici nitelikte olmalıdır. 2. Koruma sisteminin olabildiğince kısa süre içinde çalışması gerekmektedir. Oluşabilecek zararların en aza indirilmesi için arklı kısa devrelerin açılma sürelerini olabildiğince azaltmak gerekir. Bundan başka çoğu kez 1-faz toprak arasında başlayan arkın gelişerek başka fazlara da geçmeye zaman bulmasını önlemek gerekir. Özellikle kısa devrelerin çabuk giderilmesi, iletim şebekelerinde stabiliteyi sağlamada en etkin yol olmaktadır. 3. Bir koruma sisteminin davranışı, şebekenin yapısından olabildiğince bağımsız kalmalı, manevra serbestliği sağlamalı ve ayar değişiklikleri gerektirmeden buklajlara, paralel bağlamalara besleme değişikliklerine elverişli olmalıdır. Koruma sistemlerini şebeke yapısının değişimlerine olabildiğince duyarsız yapmaya çaba göstermelidir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -14-

18 4. Sistemlerin belirlenen değerlerden ve sürelerden fazla olmamak kaydıyla aşırı yüklere duyarsız kalması istenir. Eğer aşırı yüklenme süresi uzar ve cihazlarda tahribatlara yol açabilecek termik ısınmalar meydana gelmesi durumunda bu ısınma ani açmalı röleler değil de termik koruma röleler veya ters zamanlı röleler tarafından izlenmeli ve gerekli açma kumandası verdirilmelidir. 5. Koruma sistemi kısa devre akımlarının şiddetleri, cinsi ve hata yeri nerede olursa olsun işlemek zorundadır. Bazı durumlarda kısa devre akımının değeri normal akım değerinden daha düşük olabilmektedir. Hata yeri nerede olursa olsun şebekenin her türlü işletme şartları altında hatanın giderilmesini sağlamak için sistemin duyarlılığının yeterli seviyede olması gerekmektedir. Bununla beraber röleleri minimum kısa devre altında duyarlı yapmak verimsiz ve üstelik çok az yarar sağlamaktadır. 6. İşletmenin devreye almasını uzatan ya da zorlaştıran ve hiç bir fayda sağlamayan bir şebeke parçalanmasına yol açmamak için asenkron bir çalışma sırasında gerilimler, akımlar ve güçlerde kendini gösteren salınımlara duyarsız kalınması gerekir Rölelerde olması gereken nitelikler 1. Olabildiğince basit ve sağlam olmalı, 2. Hızlı olmalı, 3. Oldukça az bir tüketimi olmalıdır. Bu özelliğin rölerin şebekeye bağlantısını sağlayan transformatörler üzerinde büyük etkileri vardır, TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -15-

19 4. Bir kısa devre anında ortaya çıkabilen en küçük akımlar ve en düşük gerilimlerin etkisinde bile doğru çalışmak için yeterli duyarlılığa sahip olmalı, 5. Açtırma işlemlerini tehlikeden uzak kontaklarla gerçekleştirmelidir Sistemde bir hatanın varolma kriterleri Çeşitli koruma sistemleri ile bu sistemleri meydana getiren rölelerin sağlaması gereken şartların belirlenmesinden sonra bunların gerçekleştirilmesinden önce rölelerin korudukları kısım üzerindeki bir kısa devreyi veya hatayı ortaya çıkarabilmeleri için duyarlı olmak zorunda kalacakları büyüklük veye büyüklükleri belirlemekle işe başlanır. Bir hatanın meydana gelmesi, doğal olarak göz önüne alınan elemana ait gerilim ve akımları az yada çok değiştirmeleri ile görülür. Üç fazlı bir cihazda şebeke durumunun niteliğini belirlemekte kullanılan sadece 3-faz nötr gerilimi, 3-faz arası gerilimi ile fazlardaki 3-akım olduğundan, rölelerin üzerine etki yapan büyüklüklerin bu akımlar ve gerilimlere zorunlu olarak bağlı kalmaları gerekir Şebeke üzerinde bir hatanın varoluş kriterini oluşturan etkenler 1. Bir kısa devre aşırı akımlar ve gerilim düşmeleri ile anlaşılır. Bu iki etken yeterince güvenilir kriterler oluşturmamaktadır. Her hata aşırı akımlara yol açmaz. Aşırı akımlar ve gerilim düşmeleri motorların yolalması veya transformatörün enerjilendirilmesi gibi durumlarda hiç bir hata yok iken kendini gösterebilir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -16-

20 2. Bir devre elemanının görünen empedansındaki değişme değerlendirilerek yukarıdaki iki etken birleştirilebilir. Örneğin L1 fazına ait faz-nötr gerilim ve akım U L1, I L1 ve L2 fazına ait faznötr gerilim ve akım U L2, I L2 olduğunda 1 ve 2 fazlarına ait U L1 U L2 empedanslar ile belirlenir. Bir hata halinde görünen I I L1 L2 empedans yük değişimi sonucu olabilenlerden daha büyük ve ani bir azalmaya uğrar. Bu kriter hata var oluş kriteri olarak benimsenmektedir. 3. Her dengesiz arıza, gerilimler ve akımlarda doğru, ters ve sıfır bileşenleri ortaya çıkarmaktadır. Hatalı fazlardaki gerilim düşmesine karşılık gerilimlerin ters ve sıfır bileşenleri hata yerinde maksimum değerler almaktadır. 4. Genel olarak hatasız şebekenin bir elemanındaki kapasite akımları ve mıknatıslanma akımları gibi paralel akımlar, işletme akımları ve kısa devre akımları yanında küçüktür. Normal çalışmada bir elemanın veya devrenin çıkışındaki I 2 akımı girişteki I1 akımına bazı durumlarda çevirme oranı farkı ile yakın olacaktır. Buna karşılık bir elemanda veya devrede bir hata meydana gelirse I 2 ile I1 akımlarının geometrik farkı büyük olacak ve bu özellik bir hatanın belirlenmesi için kullanılacaktır. 5. Giriş ve çıkış arasındaki güç yönünün değişmesi de etkenlerdendir Koruma Cihazları Elektriksel tehlikelere karşı insan hayatının korunmasına katkıda bulunur, TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -17-

21 Ekipmanların hasara uğramasını önler (OG baralarında meydana gelen 3-faz kısa devrede 1 saniye içinde 50 kg bakır erir ve ark merkezindeki sıcaklık C yi aşar). Ekipmanlar üzerindeki termal,dielektrik ve mekanik zorlanmaları sınırlandırır. Komşu tesisleri korur (örneğin komşu devrelerdeki endüklenen gerilimleri azaltır). Bu maksatlara ulaşmak için, koruma sistemi hızlı güvenilir olmalı ve seçiciliği sağlamalıdır. Koruma sistremi aktif hale gelmeden önce hata, meydana geldiğinden; başka bir deyişle hata meydana geldikten sonra koruma sistemi harekete geçtiğinden, koruma sistemi, hatanın etki süresini kısaltarak etkilerini sınırlandırır. Bundan dolayı koruma sistemi bozunmaları önleyemez, sadece etkileri ve etki süresini sınırlandırır. Koruma sisteminin seçimi özellikle enerjinin sürekliliği ve elde edilebilirliği ile elektrik besleme emniyeti arasında teknik ve ekonomik nedenlerle sık sık karşılaştırma yapılarak gerçekleştirilir Koruma Sisteminin Tasarımı Bu adım baştan aşağıya güç sisteminin yapısına uyumu ve buna uygun koruma sisteminin elemanlarının seçimini kapsamaktadır. Koruma sistemi şekil 9.2 de görüldüğü gibi aşağıda açıklanan elemanlardan meydana gelmektedir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -18-

22 Şekil 9.2. Koruma sistemi Akım ve gerilim ölçü sensörleri hatayı algılamak için gerekli verileri sağlar Koruma röleleri güç sisteminin elektriksel durumunu sürekli izleyerek ve değerlendirerek hatalı bölümü ayırmak için gerekli açtırma kumandasını verir. Kesici veya sigorta kontaktör kombinasyonu gibi anahtarlama elemanları gerekli açmayı ve ayırmayı sağlar Koruma Sistemi Çalışmaları Güç sistemlerinin ve makinaların ana hataların etkilemesine karşı koruma yapması için cihazların belirlenmesi işlemidir. Başlıca hatalar: Faz arası ve faz-toprak kısa devresi TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -19-

23 Aşırı yükler Döner makinaların kendisinden kaynaklanan hatalardır. Koruma sistemi çalışmalarında aşağıda açıklanan parametreler mutlaka göz önüne alınmalıdır. Güç sisteminin yapısı çeşitli işletme şekillerinde sistem davranışı, Nötr topraklama sistemleri, Güç kaynaklarının karakteristikleri (şebeke kısa devre gücü, transformatörün gücü ve kısa devre gerilimi, jeneratörlerin gücü, subtransiyen, transiyen ve senkron reaktansları, OG motorlarının gücü ve yol alma akım değerleri gibi) ve hata halinde hata akımı üzerine katkıları, İşletmenin süreklilik gereklilikleri... Koruma ünitelerinin ayarlarının belirlenmesi ve koruma sisteminin oluşturulması Her bir koruma ünitesi işletme şekillerinin tamamında mümkün olan en iyi işletmeyi sağlayacak şekilde ayar edilmelidir. En iyi ayarlama değerleri tesisdeki çeşitli elemanların detaylı karakteristikleri esa alınarak yapılan hesaplamaların sonucunda belirlenir. Güç sistemleri için koruma sisteminin oluşturulması iki bölümden oluşur: Bölüm 1. Güç sisteminin araştırılması Bölüm 2. Her bir uygulama için çözümler TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -20-

24 Güç sisteminin araştırılması Bu bölüm, koruma sisteminin gerçekleştirilmesi için gerekli bilginin ortaya çıkarıldığı teorik bir bölümdür. Aşağıdaki kısımları kapsar Güç sisteminin yapısı: OG güç sistemlerinde kullanılan ana yapının belirlenmesi. Nötr topraklama sistemi: OG de kullanılan nötr topraklama sisteminin ve seçim kriterlerinin belirlenmesi. Kısa devre akımları: Kısa devre akımlarının karakteristiklerinin, kısa devre akımlarının miktarları ve elektrik elemanları üzerindeki etkilerinin belirlenmesi. Ölçü sensörleri: Akım ve gerilim için kullanılan ölçü transformatörlerinin karakteristiklerinin güç ve duyarlılık seviyelerinin belirlenmesi. Koruma fonksiyonları: koruma ünitelerinin fonksiyonlarının ve ANSI kodların belirlenmesi. Koruma cihazlarının seçiciliği: etkili hata ayırmayı sağlayacak tekniklerin belirlenmesi gibi aşamaları ihtiva eder Her bir uygulama için çözümler Bu bölüm, her bir uygulamada karşılaşılan hata tipleri üzerinde pratik bilgileri sağlayacaktır. Uygulamalar: Güç sistemleri Busbarlar TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -21-

25 Hatlar ve kablolar Transformatör Motorlar Jeneratörler Kapasitörler Koruma ünitelerinden oluşur. Şimdi güç sistemlerinin araştırılması ve çözümlerin belirlenmesine detaylı olarak girebiliriz. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -22-

26 9.2. Güç Sisteminin Araştırılması ve Çözümler Güç sistemi yapısı Güç sisteminin çeşitli elemanları farklı şekilde düzenlenir. Yapılanmanın ortaya çıkardığı karmaşa enerjinin elde edilebilirliği ve yatırım maliyetlerini belirler. Belirlenen uygulama için yapının seçiminde teknik gereklilikler ve maliyetler arasındaki ticari gereklilikler esas alınır. Tablo 9.1. Sistem yapıları Güç sistemindeki yapılar aşağıda verilmektedir. Bunlar TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -23-

27 Radyal sistemler, Tek taraflı besleme, İkili taraflı besleme, Paralel besleme, İki baralı ikili besleme, Gözlü sistemler, Açık gözlü, Kapalı gözlü, İç güç üretimli sistemler, Normal güç üretimi, Kaynak değiştirme, Şekil 9.3. Radyal besleme sistemleri TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -24-

28 Şekil 9.4. Paralel besleme sistemi Şekil 9.5 İki busbarlı besleme sistemi TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -25-

29 Şekil 9.6 Gözlü besleme sistemleri Şekil 9.7 İç enerji üretimi ile besleme sistemi TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -26-

30 9.2.2 Nötr Topraklama Sistemleri Nötr noktası tipine (kapasitif, omik ve endüktif) ve nötr empedansı Z N değerine göre 5 farklı metotla topraklanır. Z N izole nötr nötr ve toprak arasında hrhangi bir bağlantının olmadığı Z N oldukça yüksek değerli direnç üzerinden nötr ile toprak arasında bağlantının yapılması Z N genellikle düşük değerli endüktans üzerinden nötr ile toprak arasında bağlantı yapılması Z N sistem kapasitansını kompanze edebilmek için kompanzasyon reaktansı üzerinden nötr ile toprak arasında bağlantının yapılması Z 0 Nötrün toprağa doğrudan bağlanması N Zorluklar ve seçim kriterleri Seçim kriterleri bir çok faktörü kapsar: Güç sistemi fonksiyonları, aşırı gerilimler, hata akımı gibi teknik gereklilikler, İşletme sürekliliği, bakım gibi işletmeye yönelik gereklilikler, Emniyet, Yatırım ve işletme giderleri gibi maliyetler, TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -27-

31 Yerel ve ulusal uygulamalar, Aşırı gerilim seviyelerinin azaltılması Şekil 9.8 Toprak hatası durumunda güç sisteminin eşdeğer şeması Aşırı gerilimler, malzemelerin izolasyonunda dielektrik bozulmasına ve sonuçta kısa devreye yol açar. Aşırı gerilimlerin birkaç orjini vardır: Enerji iletim sistemlerinin maruz kaldığı ve kullanıcıların besleme noktalarına kadar etkili olan yıldırım aşırı gerilimleri, Rezonans ve ferro rezonans gibi kritik durumların ve açma kapama olaylarının neden olduğu aşırı gerilimler, Toprak hatasından dolayı ortaya çıkan aşırı gerilimler. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -28-

32 Toprak hata akımının azaltılması (Şekil 9.8 Ik1) Çok yüksek değerde meydana gelen hata akımları: Hata yerinde oluşan ark tarafından hasarlara, özellikle döner makinalarda manyetik devrenin erimesine, Kablo ekranının termal dayanımına, Topraklama direncinin büyüklüğüne, Yakınlardaki telekomünikasyon devrelerindeki endüksiyona, Açıkta bulunan iletken bölümlerin potansiyel altında kalmasından dolayı insan hayatında tehlike meydana gelmesine neden olur.genellikle 2-tip nötr topraklaması üzerinde durulur: İzole nötr, burada nötr üzerinden toprak hata akımının akışı ortadan kaldırılırken çok yüksek aşırı akımlar meydana gelir. Doğrudan toprağa bağlanan nötr, aşırı gerilimlerin azalmasına karşılık yüksek toprak hata akımları meydana gelir. İşletme gerekliliklerine gelince, kullanılan nötr topraklama metoduna göre: Birinci hatadan sonra sürekli işletme mümkün olabilir veya olmayabilir, Dokunma gerilimleri farklıdır, Korumanın seçiciliği uygulama için zor veya kolay olabilir. Bu çözümler arasında en sık kullanılanı nötr noktasının empedans üzerinden topraklanmasıdır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -29-

33 Tablo 9.2. Nötr topraklama sistemlerinin karşılaştırılması Nötrü izole sistem Blok diyagram Ölçü ve koruma cihazlarının haricinde nötr noktasının toprağa bağlantısı yoktur. Çalışma Tekniği Bu güç sistemi tekniğinde, Faz toprak hatası hatasız fazlar üzerinden akan çok düşük akımı üretir. (şekil 7.9) Şekil 9.9. İzole sistemlerde kapasitif toprak hata akımları Hat akımı Ik1 = 3 C w V burada : TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -30-

34 V faz-nötr gerilimi, C fazların faz-toprak kapasitansları ve w güç sisteminin açısal frekansıdır w = 2 p f Ik1 hata akımı birkaç amperden farklı olmamak kaydıyla herhangi bir zarara neden olmadan prensip olarak uzun süre kalabilir (150 mm2 kesitte XLPE ve kapasitansı 0,63 mikrof/km 6kV kabloda yaklaşık 2 A/km). Birinci hatada sistemin veya hatalı kısmın devre dışı edilmesine gerek yoktur. Bu çözüm işletme sürekliliği için bir avantaj sağlar. İzolasyon hata kaldırılmadığı sürece izolasyon izleme cihazı veya nötr gerilimi yer değiştirme koruma ünitesi (ANSI 59N) tarafından sürekli olarak izlenmelidir. (şekil 9.10) Şekil İzolasyon izleme cihazı (IMD) TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -31-

35 Avantaj ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I Sonraki hata oluşmasını beklemeden hatalı fiderin hızla otomatik olarak belirlenmesi ve operatör tarafından devre dışı edilmesi gerekir. Eğer birinci hata temizlenmemişse, diğer fazda ikinci bir hata meydana geldiğinde iki faz toprak kısa devresi meydana gelecek koruma sistemi tarafından hatalı bölüm/bölümler devre dışı edilecektir. Bu sistemin temel avantajı otomatik açtırma yaptırmayacak seviyede düşük hata akımı meydana geldiğinde işletme sürekliliğinin sağlanmasıdır. İkinci hata halinde hatalı bölüm/bölümler devre dışı edilir. Sakıncaları Eğer aşırı gerilimler çok yüksek ise hatanın açılmamasından dolayı elimine edilemesi başlıca sakıncaları teşkil eder. Ayrıca bir faz topraklandığında, diğer fazlar toprağa göre gerilim güç frekansında faz arası gerilim değerine yükselir. Bu ise ikinci hat ihtimalini arttırır. Bu göz önüne alındığında faz-toprak izolasyon gerilimi, faz-faz gerilim değerine yükseltilirse büyük oranda yatırım maliyetleri artar. İzolasyonun birinci hatanın oluşundan sonra mutlaka izlenmesi gerekmektedir. Bakım departmanı tarafından birinci hatanın yerinin hızla belirlenmesi gerekmektedir. Birinci hatada koruma seçiciliğinin sağlanması çok zordur. Ferrorezonans tarafından aşırı gerilim oluşma riskleri vardır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -32-

36 Koruma fonksiyonu Hatalı fider ANSI 67N yönlü toprak hata koruma ünitesi tarafından algılanır, (Şekil 9.11) Şekil Yönlü toprak korumasında algılama Şekil 9.11 deki diyagram rezidüel akım ve gerilim arasında hatalı fider ve her bir sağlam fiderde faz yer değiştirme açısını karşılaştırarak seçici uygulamayı göstermektedir. Akım çekirdek dengeli akım transformatörü vasıtasıyla ölçülür ve açtırma eşik değerleri Gereksiz açmayı önlemelidir, Diğer fiderlerin kapasitif akım değerlerinden daha az olacak şekilde ayarlanır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -33-

37 Uygulamalar Bu çözüm işletme sürekliliği gerektiren endüstriyel güç sistemlerinde sıklıkla kullanılır Nötrü direnç üzerinden topraklı sistemler Blok diyagram Nötr noktası bir direnç üzerinden toprrağa bağlanır. İşletme tekniği Güç sisteminin bu tipinde, omik empedans Ik1 toprak hata akımını sınırlar ve bu sistemde de aşırı gerilimler meydana gelir. Ancak, koruma ünitesi hatalı bölümü/bölümleri devre dışı bırakır. Döner makinaları besleyen güç sistemlerinde, A arası toprak hatası akımı oluşacak şekilde direnç değeri hesaplanır. Bu düşük akım değeri, kolay algılamayı sağlamak ve toprak kapasitans akım değerinin iki katına eşit veya daha fazla olmalıdır ( I RN 2. I C ). I C güç sistemindeki toplam kapasitif akımdır. Dağıtım sistemlerinde, kolayca algılamayı sağlamak ve yıldırım gerilimlerinin toprağa akışı sağlanabiliyorsa A gibi yüksek değerler kullanılabilir. Avantajları Bu sistem düşük hata akımı ve tatmin edici aşırı gerilim boşalması arasında iyi bir uyumluluk sağlar, Faz-toprak gerilimi için faz arası gerilim izolasyon değeri sağlamaya gerek yoktur, TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -34-

38 Sakıncaları ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I Koruma üniteleri basit ve seçicidir ve akım sınırlandırılmıştır, Hatalı fiderin işletme sürekliliği ortadan kalkar ve toprak hataları mutlaka hata meydana geldikten sonra mümkün olduğu kadar çabuk ve hızlı bir şekilde hatalı bölüm/bölümler devre dışı edilir. Daha yüksek gerilim ve akım değerlerinin sınırlandırılmasına karşılık topraklama direncinden dolayı daha yüksek maliyet ortaya çıkar. Nötrün topraklaması Eğer nötr noktasına girilebiliyorsa diğer bir deyimle sargılar yıldız bağlı ise, topraklama direnci nötr ile toprak arasına bağlanabilir. Veya 1-fazlı transformatör üzerinden sekonder sargılar üzerine eşdeğer direnç bağlanabilir (şekil 9.12 ve şekil 9.13) Şekil Nötr ve toprak arasına doğrudan direnç bağlanması TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -35-

39 Şekil Nötr ve toprak arasına 1-fazlı transformatörün sekonder sargısı üzerinden direnç bağlanması Nötr girilemez şekilde diğer bir deyimle sargılar üçgen bağlı ise veya koruma sistemi araştırması sonunda uygunsuzluk görülürse aşağıda açıklanan şekillerde suni nötr noktası oluşturulur. Baralara sıfır bileşen jeneratörü bağlanır. Bu çok düşük değerde sıfır bileşen reaktanslı özel bir transformatörden oluşturulur. Bunlardan birincisi primer nötrü doğrudan topraklı ve üçgen sargı uçlarına sınırlandırıcı direnç bağlanan yıldız-üçgen transformatörden oluşur. (AG izolasyonu, en pahalı çözüm şekil 7.14) Şekil Topraklama transformatörünün primer yıldızı doğrudan topraklı sekonder üçgen sargıları arasına direnç bağlanarak gerçekleştirilen suni nötr topraklaması Yıldız-üçgen topraklama transformatörünün primer nötrünün direnç üzerinden topraklanarak ve üçgen sargısı kapatılarak yapılan uygulama şeklidir (YG izolasyonu şekil 7.15) TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -36-

40 Şekil Primer sargı nötr noktasının direnç üzerinden bağlanarak gerçekleştirilen suni nötr topraklaması Koruma fonksiyonları Düşük değerdeki Ik1 hata akımının algılanması için faz aşırı akım fonksiyonundan başka koruma fonsiyonu gereklidir. (şekil 7.16) Şekil Toprak hata koruma çözümleri Böylece toprak-hata koruma fonksiyonları hata akımlarını algılar. Şekil deki gibi: 1- koruma fonksiyonu doğrudan nötr topraklama bağlantısı üzerine yerleştirilir (1). TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -37-

41 2- veya 3 akımın vektör toplamı tarafından ölçülür, bunlar: 2.1- koruma ünitelerini besleyen 3 adet akım sensörüdür (2), 2.2- daha yüksek doğrulukta çalıştığı için tercih edilen toroidal akım tranformatörüdür (3). Açtırma eşik değeri aşağıda açıklanan iki kurala uygun olarak ve RN empedansına bağlı olarak sıfır bileşen empedansı göz önüne alınarak hesaplanan Ik1 toprak hata akımına göre ayarlanır. Burada: Ayar değeri > koruma ünitesinden aşağı güç sisteminin kapasitif akımının 1,3 katı, Maksimum toprak hata akımının %10-20 arasında değere ayarlanır. İlave olarak, eğer algılama için 3-akım transformatörü kullanılırsa, akım teknolojisi bakış açısından, ayar değerleri aşağıdaki beklenmeyen bağlantı hesaba katılarak akım transformatör değerinin %5-30 değeri arasında gerçekleştirilir. Bu beklenmeyen durumlar: Uygulamalar Transiyent akım asimetrisi, Akım transformatörü satürasyonu, Performansın dağılması. Genel ve OG dağıtım sistemlerinde uygulanır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -38-

42 Düşük reaktans üzerinden nötrün topraklanması Blok diyagram Nötr noktası bir endüksiyon bobini üzerinden toprağa bağlanmıştır. 40 kv un üzerinde güç sistem gerilimleri için, endüksiyon bobininin kullanımı hata halinde ısı emisyonundan dolayı ortaya çıkan zorluklardan dolayı dirence tercih edilirler. (Şekil 7.17). Şekil Düşük değerde reaktans üzerinden nötrün topraklanmasında akım dağılımı İşletme tekniği Güç sisteminin bu tipinde, endüktif empedans Ik1 toprak hata akımını sınırlandırır ve aşırı gerilimlerin azaltılmasını sağlar. Ancak koruma üniteleri ilk hata ortaya çıktığında hatalı bölümü/bölümleri mutlaka açtırmalıdır. Açma /kapama darbelerini ve alğılamanın basitliğini sağlamak için I LN akımı Güç sisteminin I C toplam kapasitif akımından çok daha fazla olması TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -39-

43 gerekir. Dağıtım sisteminde darbe şeklindeki aşırı gerilimleri önlemek ve hata algılamasında basitliği sağlamak için A gibi yüksek akım değerleri kullanılır. Avantajları Sakıncaları Bu sistem, hata akımlarının büyüklüklerini sınırlandırır. Güç sisteminde sınırlanan akım toplam kapasitif akımdan daha fazla ise seçici koruma kolayca sağlanır. Reaktans bobini düşük direnç değerine sahip olduğundan yüksek deüğerde termal enerji yayılımı olmadığı için reaktans bobinin boyutları küçük olur Yüksek gerilim sistemlerinde, direnç üzerinden topraklamaya göre daha düşük maliyette olur. Hatalı fiderin sürekli olarak serviste kalma durumu ortadan kalkar. Toprak hatası meydana geldiğinde mümkün olduğu kadar çabuk hatalı bölümün/bölümlerin devre dışı edilmesi şarttır. Hatalı bölümün açılması sırasında güç sisteminin kapasitansı ve reaktans bobini arasında meydana gelen rezonanstan dolayı çok yüksek değerde transiyen aşırı gerilimler meydana gelir. Nötrün topraklanması Eğer nötr noktasına girilebiliniyorsa yani sargılar yıldız bağlanmışsa, topraklama reaktansı doğrudan nötr noktası ile toprak arasına bağlanabilir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -40-

44 Sistem sargıları üçgen bağlı ise bağlantı yapılabilecek suni nötr noktası oluşturabilmek için ana çıkış baralarına sargıları zigzag bağlı topraklama transformatörü yerleştirilir (şekil 7.18). Şekill Reaktans bobinini bağlamak üzere sargıları zigzag olan topraklama transformatörü üzerinden suni nötr noktasının kurulması Sargının iki bölümü arasındaki empedans öncelikle endüktif olup düşük değerdedir. 100A değerininde sınırlandırma yapar. Sınırlandırıcı direnç reaktans bobini ile toprak arasındaki hata akımının büyüklüğünü azaltmak için ilave olarak bağlanabilir.(yg tesisleri ). Uygulamalar Genel dağıtım ve OG endüstriyel dağıtım şebekelerinde (birkaç yüz Amper değerinde akımlar) uygulanır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -41-

45 Kompanzasyon reaktansı üzerinden nötr noktasının topraklanması Blok diyagram Güç sisteminin toplam faz-toprak kapasitansını söndürecek ve hata meydana geldiğinde toprak hata akımını sıfıra yakın tutacak değerde reaktans bobini seçilir. (şekil 7.19) Şekil Nötrü kompanzasyon reaktansı üzerinden topraklı güç sisteminde oluşan toprak hata akımları İşletme tekniği Bu sistem güç sistemindeki kapasitif akımı kompanze etmek için kullanılır. Hata akımı aşağıda açıklanan devre akımların toplamıdır. Bunlar: Reaktans topraklama devresi, Hatasız fazların toprağa göre kapasitansları. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -42-

46 Akımlar ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I Onlardan birisi endüktif (topraklama devresinde ) Diğeri kapasitifse (hatasız fazların kapasitansından dolayı diğeri kapasitifse) birbirini kompanze ederler. Bunlar karşı fazda toplanırlar. Pratikte bobinin zayıf direncinden dolayı, düşük omik karakterli akım vardır. (şekil 7.20). Şekil Toprak hatası sırasında akımların vektör diyagramı Avantajları Faz toprak kapasitansı yüksek olsa dahi, sistem hata akımını azaltır. Kalıcı olmayan toprak hatalarının kendiliğinden sönmesi avantajlardan biridir. Hata yerinde dokunma gerilimi sınırlandırılır. Kalıcı hata durumunda tesis serviste kalır. Birinci hata bobin üzerinden akan akım algılanarak belirlenir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -43-

47 Sakıncaları ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I Kompanzasyonun adaptasyonunu sağlamak için reaktans bobinde yapılacak değişiklik gereklilikleri reaktans topraklama maliyetlerini arttırır. İnsan ve ekipman için hata süresi boyunca oluşacak rezidüel gerilimin tehlikeli olup olmadığının mutlaka kontrol edilmesi gerekir. Güç sistemi üzerinde transiyent aşırı gerilim riskleri vardır. Birinci hata meydana geldiğinde sistem sürekli gözlenmelidir. Birinci hata ortaya çıktığında hatalı bölümü tespit edip seçici koruma yapmak çok zordur. Koruma fonksiyonu Hata algılamasında rezidüel akımın aktif bileşeni esas alınır. Hata güç sistemi boyunca rezidüel akımlar meydana getirir, fakat hatalı devre üzerinden sadece omik karakterli rezidüel akım akar. İlave olarak, koruma üniteleri kendi kendine sürekli yanıp sönen ark durumunu izlemelidirler. Topraklama reaktansı ve sistem kapasitansı söndürüldüğünde (3 LN C w2 = 1) Hata akımı en az değerde olacak Hata akımı omik karakterli olacak Hata kendiliğinden sönecektir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -44-

48 Kompanzasyon reaktansı söndürme bobini veya Petersen bobini olarak adlandırılır. Uygulamalar Yüksek kapasitif akımlı OG dağıtım ve genel dağıtım şebekelerinde uygulanır Nötrü doğrudan topraklı sistemler Blok diyagram Nötr iletkeni sıfır empedans üzerinden toprağa bağlanmıştır. İşletme tekniği Şekil Nötrü doğrudan topraklı sistemlerde toprak-hata akımları Nötr noktası herhangi bir empedans olmaksızın toprağa bağlanmışsa, Ik1 faz-toprak hata akımı pratik olarak faz-toprak kısa devre akımına eşit olur. Ve bundan dolayı çok yüksek değerdedir. (şekil 7.21). İlk hata ortaya çıktığında hemen hızlı bir şekilde hatalı bölüm/bölümler devre dışı edilir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -45-

49 Avantajları Sakıncaları ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I Bu sistem toprak hatası aşırı gerilimlerini önlemek için ideal bir sistemdir. Ekipmanların izolasyon seviyesi faz-nötr gerilimine göre belirlenir. Özel koruma ünitelerine vetertiplerine ihtiyaç yoktur. Toprak hatasının giderilmesi için normal faz aşırı akım koruma üniteleri kullanılır. Bu sistem yüksek hata akımlarının yol açtığı maksimum hasar ve bozunmaların ortaya çıkardığu sakıncaları haizdir. Hatalı fider hemen devre dışı edilir. Hatalı işletme bölümü için servis sürekliliği söz konusu değildir. Meydana gelen dokunma gerilimleri çok yüksek olduğundan hata sırasında personel için hayat tehlikesi çok yüksektir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -46-

50 9.3. Koruma Sistemlerinin Koordinasyonu Elektrik güç üretim taşıma ve dağıtım sistemlerinde besleme noktası ile hatanın oluştuğu nokta arasında iki veya daha fazla koruma cihazının bağlı olduğu durumlarda hata yerine en yakın koruma cihazının çalışarak sadece hatalı bölümü devre dışı etmesi gerekir. Hatalı noktanın üst, yani besleme tarafındaki koruma cihazlarının, hatalı bölümü kesmesi gereken koruma cihazının herhangi bir nedenle açma yapmadığı durumlarda, destek korumasını sağlayacak şekilde dizayn edilmelidir. Bu koruma tarzı seçici koruma olarak adlandırılır. Sistemdeki gerekli koruma şartlarını sağlamak için koruma cihazları seçicilik gerekliliklerini göz önüne alınarak minimum kısa devre akım değerlerine ve minimum sürede açtırma yapacak şekilde dizayn edilirler. Koruma hassasiyeti ile seçicilik çoğu zaman birbirine ters düşer. Projecinin sorumluluğu optimum koordinasyon ve koruma hassasiyeti için dizayn yapmaktır Koordinasyon İşlemleri Koordinasyon işlemleri yükten güç beslemesine kadar seri bağlı tüm koruma cihazlarının seçimini ve ayarlarını kapsar. Seçimde ve ayarda sistemde kullanılacak cihazların aşırı akımın çesitli seviyelerinde cevap sürelerini karşılaştırmaktır. Burada dikkat edilecek en önemli özellik, koruma sisteminin güvenirliliği açısından bir koruma sisteminde kullanılacak cihazların aynı imalatçı firmasından hatta aynı imalat tipinde olması gerekir.yeni veya koruma sistemi değiştirilecek mevcut sistemlerinin koordinasyon işlemlerinde olabilecek kısa devre akımlarının maksimum ve minimum değerlerinin bilinmesi gerekmektedir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -47-

51 Koruma işleminde öncelikli işlemlerin başında kullanılacak koruma cihazlarına ait açtırma eğrilerinin aynı logaritmik kağıda çizilerek koordinasyonun hazırlanmasıdır. a.) Akım-Zaman karakteristik eğrileri: Logaritmik koordinat sisteminde zaman düşey eksene yani ordinat eksenine, akım ise yatay eksene yani absis eksenine işlenir. Karakteristik eğrinin alt ve sol tarafına düşen akım değerlerinde koruma sistemi çalışmaz, karakteristik eğrinin sağ veya üst tarafına düşen akım değerlerinde koruma sistemi çalışır. b.) Koordinasyon sistemi için gerekli olan aşağıda belirtilen veriler, koordinasyon işlemi için mutlaka sağlanmalıdır Koordinasyonu yapılacak sistemin tek hat diyagramı Sistemdeki gerilim seviyesi Giriş güç verileri a.) Şebeke ve besleme sistemine ait empedans ve kısa devre güç değerleri(mva) b.) X/R oranı c.) Mevcut sisteme ait rölelerin cinsleri ve ayar değerleri d.) Jeneratör güçleri ve empedans değerleri e.) Transformatör güçleri ve empedans değerleri TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -48-

52 Koruma Koordinasyonu için Gerekli Veriler 1. Transformatörün değerleri (gerilimler ve güç değerleri) ve empedansları, 2. Sistemin bağlanacağı şebekenin kısa devre güçleri ve gerilim değerleri, 3. Motor değerleri ve empedansları, 4. Koruma cihazlarının açtırma ve kesme değerleri, 5. Koruma cihazlarına ait akım-zaman karakteristik eğrileri 6. Akım tranformatörlerinin çevirme oranları, uyarma karakteristik eğrileri, sargı dirençleri ve kayıp değerleri, 2 7. Döner makinalar ve kabloların I. t eğrileri, 8. İletken kesit ve uzunlukları, 9. Kısa devre ve yük akımı değerleri, İlk periyottaki yani subtransiyen maksimum ve minimum kısa devre akım değerleri 5 periyod ve yukarısı geçen süre için maksimum ve minimum (transiyen) kısa devre akım değerleri Ana baralarda oluşabilecek arklı veya metalik toprak hata akımlarının maksimum ve minimum değerleri Maksimum yük akımları Motorların yol alma akımları ve yol alma süreleri TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -49-

53 Transformatör koruma noktaları Koruma Koordinasyon Prosedürü 1. Uygun bir gerilim, baz gerilimi seçilmek suretiyle, koruma akım zaman eğrisindeki akımlarla baz gerilimdeki değerlerine çevrilir. Normal olarak sistemdeki en düşük gerilim seviyesi baz gerilim olarak seçilir. Fakat bu uygulama bir kural değil kolaylıktır. 2. Kısa devre akımları logaritmik kağıdın yatay eksenine işaretlenir. 3. En büyük yük akımları (motorların yol alma esnasında sistemden çekilen toplam akımlar) işaretlenir. 4. Koruma noktaları işaretlenir, bunlara büyük transformatörlerın yol ama akımları dahildir. 5. Koruma rölelerinin çekme aralıkları işaretlenir Koordinasyon Zaman Aralıkları Koruma sistemlerinin karakteristikleri logaritmik kağıda çizilirken koruma cihazlarına ait akım-zaman karakteristikleri arasında yeterli seviyede zaman aralıkları bulunmalı ve söz konusu karakteristik eğriler birbirlerine teğet olmamalı veya kesişmemelidir. 1.) Koordinasyon alçak gerilim sistemlerinde çalışma hızı yüksek olan akım sınırlandırıcı sigortalarla kolayca yapılabilir. İmalatçı tarafından verilen akım-zaman eğrileri ve seçicilik oranlarını veren karakteristik eğrileri her hangi bir zaman hesabı yapmaya gerek kalmadan hem aşırı yük hem de kısa devre şartları altında koordinasyon için kullanılırlar. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -50-

54 2.) Ters akım-zaman karakteristikli aşırı akım röleleri ile koordinasyon yapıldığında bunların zaman aralığının yaklaşık olarak 0,3-0,4 saniye olması gerekir. Zaman aralığı aşağıda verilen bileşenleri kapsar Kesicinin açılma süresi (5 periyod) 0,08 saniye Rölenin hareket süresi 0,10 saniye Akım transformatörün doymasına ve ayar atalarından dolayı emniyet faktörü 0,22 saniye 3.) Zaman aralığı bileşenlerinden emniyet faktörü sahada gerekli ayar, kalibrasyon ve testler yapılarak azaltılabilir. 4.) Elektronik röle kullanıldığında zaman bileşenlerinden röle hareket süresi ortadan kalkar ve bu süreden ibaret olan gecikme kadar çalışma süresi azalır. Söz konusu rölleler de zaman aralığı dikkatli bir kalibrasyon yapıldığında 0,25 saniyeye kadar düşer Koruma Sistemlerinde Seçicilik Zaman Karakteristikli Seçicilik Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi güç sistemi boyunca aşırı akım koruma ünitelerinin açma sürelerini, gereken şekilde farklı değerlere ayarlama esasına dayanır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -51-

55 Şekil Zaman karakteristikli seçicilik İşletme Tarzı Şekilde görülen hata A-B-C-D aşırı akım koruma üniteleri tarafından aynı anda algılanır.ancak koruma ünitelerinin harekete geçme süreleri sistemde aşağıdan yukarıya doğru geçiktirilerek ayarlandığından en önce D ünitesi harekete geçer ve A-B-C üniteleri stand-by pozisyonuna geri döner. Her iki ünitenin arasında işleme süresi arasındaki farklılık seçicilik aralığı olarak tanımlanır ve T Tc tr 2. dt m ifadesi ile belirlenir. Tc Alt kesiciye ait cevap süresi ve ark sönme süresi dahil toplam kesme süresi dt gecikme toleransı tr Üst kesicinin harekete geçme süresi m Emniyet payı TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -52-

56 Genellikle T 300 msaniyealınır. Zaman karakteristikli seçici sistemin avantajları Sakıncaları Uygulama Koruma sistemi kendi kendini yedekler. Koruma sistemi arızadan dolayı aktif hale geçemeyip açtırma yapamazsa T süre sonra C ünitesi aktif hale geçerek arızalı bölümü devreden çıkartır. Kademe sayısı fazla olduğunda en üst kademedeki koruma ünitesi en uzun süreye sahip olacağından arıza temizleme süresi ekipmanın kısa devre dayanımı açısından uygun olmayabilir. Zaman karakteristikli, seçici sistemde sistemden geçen akım rölenin ayarlanan akım eşik değerini aştığında zaman rölesinin zaman mekanizması aktif hale geçer. İki tip zaman karakteristikli röle vardır. Şekil Sabit zaman ve ters zaman karakteristikli seçicilik eğrileri TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -53-

57 1. Sabit zamanlı röleler. Uygulama şartları I S A>I S B>I S C ve TA>TB>TC dir. Seçici zaman aralığı ise genellikle 300 milisaniye alınır. 2. Ters Zamanlı Röleler. Rölelerin akım eşik değerleri In nominal akım değerlerine ayarlanırsa bu tip aşırı yük röleleri aynı zamanda kısa devre korumasıda sağlar. Uygulama şartları InA>InB>InC ve IsA=InA=InC Zaman gecikmeleri alt taraftaki koruma rölesinde görülen maksimum akım için T seçici zaman aralığı göz önüne alınarak yapılacaktır. Eğrilerin çakışmaması için aynı tip zaman eğrileri kullanılacaktır Akım Karakteristikli Seçicilik Şekil 9.24 Akım karakteristikli seçicilik TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -54-

58 Akım karakteristikli seçicilik güç sistemi içinde kaynaktan uzaktaki hatada yani kaynakla hata yeri arasında hata akımının değerini ayarlanabilir bir şekilde azaltacak empedansların (transformatör, uzun enerji tasima hatları gibi.) bulunması durumunda uygulanır. İşletme tarzı Akım koruma üniteleri her bir bölümün başlangıcına yerleştirilir, Açtırma akım eşik değeri izlenen bölümün yani üst bölümün minimum kısa devre akımından büyük değere alt bölümde meydana gelen maksimum kısa devre akımından büyük değere ayarlanır. Avantajları Sakıncaları Ayarlanan açtırma akım eşik değerlerinde her bir koruma cihazı, kendi koruduğu bölümde hata maydana geldiğinde aktif hale geçer. Koruduğu bölümün dışında meydana gelen hatalara karşı duyarlı değildir. Transformatör tarafından ayrılmış hatların bölümleri için bu sistemi kullanmak basitliği yanında, hızlı açmayı sağladığı gibi maliyetlerin de düşük olmasını sağlar Üstteki A ünitesi altta bulunan B ünitesi için yedek koruma sağlamaz. Alt ünitenin koruma sistemi çalışmadığı durumlarda A ünitesi söz konusu bölüm için koruma yapmaz. Pratikte seri bağlı iki ünite için ayar değerleri belirlemek zordur. Arada transformatörün bulunmadığı orta gerilim sistemlerinde kullanılması çok zordur. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -55-

59 Uygulama Aşırı akım değerleri ayarlaması için I ScB max I SA 0,8. I SCAmin şartının sağlanması iki ünite arasında seçici ayırmayı gerçekleştirebilir. Şekil 9.25 Akım karakteristikli seçicilik eğrileri Lojik Seçicilik Bu sistem zaman ve akım karakteristikli seçici sistemin sakıncalarını ortadan kaldırmak için geliştirilmiştir. Bu metot hata giderilme süresi ne kadar olacağı belirlendikten sonra kulanılır. Şekil 9.26 Lojik seçicilik TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -56-

60 İşletme tarzı Koruma üniteleri arasındaki lojik dataların düzenlenmesi seçici zaman aralıklarına ihtiyaç duyulmasını ortadan kaldırır.böylece kaynağa yakın kesicinin açma süresinde dikkate değer bir azalma olur. Radyal güç sistemlerinde, sadece hata yerinin üst tarafına yani besleme tarafına yerleştirilen kesici aktif hale gelir hata yerinin altındaki kesici aktif hale gelmez. Hata nedeniyle aktif hale gelen kesici aşağıda belirtilen kontrol sinyallerini gönderir. Kendisinden üst seviyede bulunan kesiciye açtırma süresini bu kesicinin açtırma süresini artırmak için blokaj sinyali gönderir. Alt seviyedeki kesiciden blokaj sinyali almamışsa ilgili kesiciye açtırma kumandası gönderir. Bu prensip aşağıdaki şekilde gösterilmektedir Şekil Lojik seçici açtırma çalışması TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -57-

61 Avantajları ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I B alt tarafta hata meydana geldiğinde B deki koruma ünitesi A daki koruma ünitesini bloke eder. Sadece B deki koruma ünitesi TB gecikmesini müteakip açtırmayı tetikler Aradaki açtırma ünitesi için blokaj sinyalinin süresi TB+T3 ile sınırlandırılmıştır. T3> = B kesicisine ait çalışma ve ark sönme süresi olup tipik olarak 200 milisaniyedir Eğer B kesicisi herhangi bir nedenle açtırma yaptırmazsa A kesicisi TA süresi sonunda ait olduğu kesiciye açtırma yaptırır. A ve B arasında hata meydana geldiğinde A kesicisi TA süresi sonunda açtırma yapar. Açtırma süreleri seçicilik zinciri içinde hatanın yeri ile ilgili değildir. Bunun anlamı şudur ; seçiciliğin sağlanması kısa süre gecikmeli üst taraftaki koruma ünitesi ile uzun süre gecikmeli alt taraftaki koruma ünitesi arasında gerçekleştirebilir. Sistem destek yani artçı koruma yapar. Sakıncaları Koruma ünitelerinin farklı seviyeleri arasında lojik sinyallerin gönderilmesi gerektiğinden ilave bağlantı hatları tesis edilmelidir, bu ise kontrol üniteleri birbirinden uzaksa dikkate değer zorluklar meydana gelir. Uygulama Bu prensip birden fazla seçicilik seviyeli ve radyal branşmanları haiz orta gerilim güç sistemlerinde sıklıkla kullanılır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -58-

62 Yönlü Koruma Seçiciliği 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. Şekil 9.28 İşletme tarzı Şekilde görüldüğü gibi akım yönüne göre rölenin hareketleri farklıdır. Koruma ünitesi nin çalışma sistemi aşağıda ki şekilde gösterilmektedir Şekil 9.29 Akım yönüne göre rölenin hareketleri TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -59-

63 D1 ve D2 kesicileri baradan kabloya akım akışı halinde aktif hale gelen yönlü koruma üniteleri ile donatılmıştır. 1 noktasında hata meydana geldiğinde sadece D1 ünitesi aktif hale gelir.d2 ünitesi akım yönünü algıladığından D2 ünitesi hatayı algılamaz.sadece D1 ünitesi açtırma yaptırır. 2 noktasında hata meydana gelmesi durumunda her iki durumda hata algılanmaz ve D1,D2 kesicileri kapalı kalır. Diğer koruma üniteleri baraya koruma açtırması yaparlar Diferansiyel Koruma Seçiciliği Bu koruma üniteleri aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi güç sisteminin her iki ucundaki giriş ve çıkış akımlarının karşılaştırılma esasına dayanır. Şekil Diferensiyal koruma seçiciliği Korunan bölgede hata meydana geldiğinde giriş ve çıkış akımları arasında farklılıklar görülür. Bu akım farkından dolayı diferansiyel koruma ünitesi harekete geçer ve bu koruma ünitesi korunan bölgenin dışında meydana gelen hatalara karşı hassas olmadığından diferansiyel koruma yapısı itibarıyla seçici bir korumadır. Diferansiyel korumanın düzgün çalışması ve dış hatalardan dolayı yanlış açmama yapmaması ve şebeke davranışından etkilenmemesi için her iki uçtaki akım transformatörlerı özel boyutlandırılır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -60-

64 Diferansiyel koruma sisteminde ani açma I A I B 0 olduğunda meydana gelir. Aşağıda belirtilen nedenlerden dolayı diferansiyel koruma sistemi hata olmadığı halde yanlış açma yapar. Transformatörün mıknatıslama akımı: Özellikle transformatörü devreye alırken akım darbeleri meydana getirir. Hat kapasitif akımları: Özellikle nötrü yalıtılmış veya yüksek direnç üzerinden topraklanmış şebekelerde şebekenin herhangi bir yerinde toprak hatası oluştuğunda ortaya çıkar. Akım transformatörlerinin farklı satürasyona uğraması sonucu ortaya çıkan durumdur. Diferansiyel koruma sistemlerinde yukardaki sayılar nedeniyle hatalı açmayı önlemek ve stabil çalışmayı sağlamak için iki metot uygulanır: Yüksek empedanslı diferansiyel koruma ünitesi kullanmak. Aşağıda şekilde görüldüğü gibi diferansiyel röle seri olarak stabilizasyon direncine bağlanır R S Şekil 9.30 Yüksek empedanslı koruma TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -61-

65 % oransal diferansiyel koruma sistemi. I A ve I B akımları arasındaki fark oransal olarak belirlenir ve stabilite akım değerine bağlı bir blokajla sağlanır. Şekil Oransal diferensiyal koruma Avantajları Sakıncaları Uygulama Hata akımı koruma hassasiyeti, korunan akımın nominal değerinden küçüktür. Rölenin açtırma akım eşik değeri korunan ekipmanın nominal akımının değerinden düşük değere ayarlanır. Koruma ani açma yapılarak gerçekleştirilebilir. Tesis edilme maliyeti yüksektir. Aşırı akım koruması tarafından desteklenmelidir. Yüksek güç değerlerine sahip önemli motorlar, jeneratörlar, transformatörler, baralar, kablolar ve hatlar için kullanılırlar. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -62-

66 Kombine Seçici Sistemler Şekilde görüldüğü gibi Şekil 9.32 Akım karakterli seçicilik A1 ve B koruma üniteleri arasında Zaman karakterli seçicilik A2 ve B üniteleri arasında A tarafındaki ünite B de bulunan ünite için destek ünitesidir Toprak Hatasının İzlenmesi ve Koruma Sistemin toplam işletme kapasitesi değeri düşük olan toprak hata akımının 10 A geçmediği nötrü yalıtılmış küçük tesislerde toprak hatası Şekil 9.33 de görülen sistem yardımıyla izlenir. Tehlikeli gerilimlerin meydana gelmediği sistemde hatalı bölüm işletmeye devam eder. Uygun bır zamanda hatalı kısım tespit edilerek arıza giderilir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -63-

67 Şekil 9.33: Toprak hatasının izlenmesi İzleme, gerilim transformatörünün açık üçgen sargısına yerleştirilen sıfır gerilim bileşen rölesi yardımıyla görüntülü ve/veya sesli ihbar şeklinde olur. Sistemde toprak hatası meydana geldiğinde hatalı fazın faz toprak gerilimi toprak potansiyeline düşer ve sağlam fazlara ait gerilimler yükselir. Açık üçgen sargılardaki gerilimlerin toplamı, artık sıfır olmayacağından sıfır gerilim bileşen rölesi çalışarak görüntülü ve sesli ihbar verir. Bu sistemde hangi fiderde hatanın olduğu belirlenemez. Ancak gerilim transformatörünün yıldız bağlı sargılarına bağlanan voltmetreler yardımıyla hangi fazda toprak hatasının meydana geldiği belirlenebilir. Yıldız sekondere bağlı voltmelerde gerilim değerini az gösteren fazda, toprak arızası olduğu, faz-toprak gerilimini faz arası gerilim değerinde gösteren voltmetrelere ait fazların sağlam olduğu anlaşılır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -64-

68 Çıkış fiderlerinin fazla olduğu yüksek kapasite değerini haiz büyük sistemlerde arızanın kısa sürede hangi fiderde olduğunun tespiti ve gerekiyorsa ait olduğu kesiciyi açtırarak devreden ayrılması gerekebilir. Özellikle ana dağıtım transformatörünün sekonder sargısı üçgen olan ve suni topraklama transformatörü üzerinden topraklanan yüksek işletme kapasitesine ait geniş şebekelerde, bu çok gereklidir. Hatalı çıkışın tespiti Watmetrik röleler vasıtasıyla yapılır. Nötrü izole sistemlerde kapasitif akımlar devrelerini sağlam çıkışların devrelerinden tamamladığı için watmetrik rölelerin yönlü olması gerekir. Bunun için Şekil 9.34 de gösterilen bağlantı kullanılır. Şekil 9.34: Nötrü izole sistemlerde Yönlü Watmetrik rölelerin kullanılışı TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -65-

69 1. Dağıtım transformatörü, Sekonderi açık üçgen sargılı gerilim transformatörü 3. Bara tipi akım transformatörü, 4. Toroidal akım transformatörü, 5. Kablo, 6. Yönlü watmetrik röle, 7. Toprak hatası ihbar lambası, 8. Kesici, 9. Kesici açma bobini Fiderde meydana gelen hata sonucunda yüksek salınımların meydana gelmesi söz konusu ise ihbarla birlikte hatalı çıkışın kesicisi watmetrik rölenin kumandası vasıtasıyla açtırılır. Bunun için her çıkış Şekil 9.34 de görüldüğü gibi yönlü watmetrik röle ile donatılmalıdır. Watmetrik rölenin akım bağlantısı Şekil 9.34 de görüldüğü şekilde bara tipi akım transformatörleri vasıtasıyla yapılacağı gibi Şekil 9.35 de görüldüğü gibi kablo üzerine yerleştirilen toroidal akım transformatörü üzerindende yapılır. Gerekli akım hassasiyetini elde etmek için toroidal akım transformatörü üzerinden yapılması tercih edilir. Eğer besleme çıkışlarında toprak hatası meydana geldiğinde sistemde meydana gelebilecek salınımlar daha önceden tayin edilen sistem izolasyon seviyesinden düşük değerde ise izleme suretıyle hatalı çıkış tespit edilir ve hatalı bölümün işletilmesine izin verilir ve uygun bir zamanda hata giderilir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -66-

70 Bu gibi sistemlerde ekonomik sebeplerle her çıkışa bir adet yönlü watmetrik röle yerleştirmeye gerek yoktur. Bütün bir sistem için bir adet yönlü watmetrik röle kullanılır ve bunun için Şekil 9.35 de görülen uygulama yapılır. Şekil 9.35: Bir adet Yönlü watmetrik röle yardımıyla hata izlenmesi Şekil 9.35 de gösterilen tertipte Yönlü Watmetrik rölenin akım devresi bara veya içinden kablo geçirilen toroidal akım transformatörü üzerinden, gerilim bağlantısı ise gerilim transformatörünün açık üçgen sargısı üzerinden yapılmaktadır. Bu sistemde de akım bağlantısı için toroidal akım transformatörleri tercih edilmelidir. Açık üçgen sargı üzerine toprak hatası ön ihbarını yapacak toprak hatası genel ihbarını çalıştırmak için sıfır gerilim bileşen rölesi konulmuştur. Akım transformatörleri seçici anahtar üzerinden genel bir bağlantı ile yönlü watmetrik rölenin akım devresi uçlarına bağlanır. Anahtarların başlangıç konumu akım transformatörlerinin sekonder sargı uçlarını kısa devre edecek konumdadır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -67-

71 Genel arıza ihbarı alındığında akım transformatörü için konulan anahtarlar sırasıyla 2 pozisyonuna alınır. Hatalı fiderin ışıklı ikazı hangi fidere ait anahtar 2 pozisyonuna alındığında ihbar verirse, söz konusu fiderde faztoprak hatası meydana gelmiştir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -68-

72 9.4. Şebeke Koruması Koruma Sistemi Gereklilikleri Genel olarak koruma sistemi gereklilikleri Koruma sistemi yüksek derecede bağımsız olmalıdır.bunun anlamı hatalı devrenin açılmasında sistemin çalışmama riski çok az olmalıdır. Bu nedenle çalışmama riskini ortadan kaldırmak için destek veya yedek koruma mutlaka göz önüne alınmalıdır. Koruma sistemi yüksek derecede güvenilir olmalıdır. Bunun anlamı ise röle istenmeyen gereksiz açmaları yapmamalıdır. Hata açma süresi ekipman hasarlarını sınırlandırmak ve personelin yaralanma riskini minimuma indirmek için minimum olmalıdır. Koruma sistemi yüksek dirençli hataları dahi algılayabilecek ve koruma açtırması yapabilecek seviyede hassas olmalıdır. Hatada açması seçici olmalı ve sadece hatalı bölümü devreden çıkarmalı ve sağlam bölümler işletmeye devam etmelidir. Aşırı Akım Koruması 2 veya 3-faz aşırı-akım zaman röleleri yüksek empedans üzerinden topraklanan şebekelerde transformatörlerin, kablo hatlarının ve enerji nakil katlarının faz arası kısa devre akımlarına karşı korumak için kullanılırlar. 3-fazlı aşırı akım röleleri nötrü doğrudan topraklı radyal şebekelerde faz-faz kısa devre akımlarının yanında faz-toprak kısa devre akımlarına karşı transformatör, kablo hatları ve enerji nakil hatlarını korumak için kullanılır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -69-

73 Orta Gerilim Şebekelerinde Hatların Kısa devreye Karşı Korunması Orta gerilim sistemlerinde hat korumasının seçimi için basitleştirilmiş kurallar vermek zordur. Hatların kısa devreye karsı korunması için uygulanan koruma sistemleri Faz aşırı akım koruması Ani açtırmalı koruma Sabit zaman açtırmalı koruma Akıma bağlı açma gecikmeli koruma (ters akım-zaman karakteristikli koruma) Ani açtırmalı,sabit zamanlı ve ters zamanlı korumaların herhangi bir kombinasyonu Yönlü /yönsüz koruma Fark akım koruması Fazları ayırarak Faz ayırmasız (yardımcı toplam akım transformatörü ile) Mesafe koruması Faz faz kapalı devresinin ölçümü Faz-toprak kapalı devresinin ölçümü TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -70-

74 Zaman Karakteristikleri Seçici hata açmasını gerçekleştirebilmek için farklı koruma sistemleri ve kademeler değişik zaman geçıkmelerine sahip olmalıdır. Bir çok farklı zaman geçikmeleri vardır. Genel kural olarak; eğer gerekli değilse aynı sistem içinde değişik zaman karakteristikleri kullanılmamalıdır Sabit zaman karakteristiği İşleme süresi, hata akımının büyüklügüne bağlı olmayıp, işletme akım eşik değerini aşan büyüklüğü ne olursa olsun her hata akımında ayarlanan sürede çalışır. Seri bağlı röleler arasındaki zaman koordinasyonu ters zamanlı rölelerden daha kolaydır. Ancak bir kaç koruma rölesinin seri bağlandığı durumlarda koordinasyonda gecikme süreleri gereksiz olarak uzayabilir. Sabit zamanlı röleler kullanıldığında kısa devre gücü çok fazla değişmemelidir. Zira Hat akımı, kısa devre gücünün azaldığı durumlarda meydana gelebilecek hata akımının röle açtırma akım eşik değerinin altında değere sahip olma riski vardır. Böyle durumlarda rölenin çalışmama riski ortaya çıkar Ters Akım-Zaman Karakteristiği Burada çalışma zamanı hata akımının buyüklüğüne bağlıdır. Röleler arasındaki koordinasyonu için tres akım-zaman karakteristiği yararlıdır. IEC standartlarında normal ters, çok ters ve çok fazla ters olmak üzere 3/4 tip ters akım-zaman karakteristiği belirlenmiştir. IEC e uygun olarak akım ve zaman arasındaki bağlantılar aşağıda verilen ifade yardımıyla belirlenir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -71-

75 t Bu ifadede: I I k. 1 t çalışma süresi (saniye) k ayarlanabilir ters zaman faktörü I ölçülen akım I> Rölenin ayarlanan aşırı akım eşik değeri cebrik fonksiyonu karakterize eden indeks röleyi karakterize eden sabite Özellikle ve kesin değer olarak imalatçı firma tarafından alınmakla beraber aşağıda verilen değerlere göre de işlem yapılabilir. Karakteristik Normal ters 0,02 0,14 Fazla ters 1,0 13,5 Çok fazla ters 2,0 80 Uzun gecikmeli ters 1,0 120 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -72-

76 Karakteristiklerin uygulama özellikleri ve uygulama yerleri Normal ters akım-zaman karakteristikleri Farklı kısa devre yerlerinde kısa devre hata akımlarının değerlerinin değişimi fazla ise, normal ters akım-zaman karakteristikleri bu tip sistemlerde uygun olmaktadır. Fazla ters akım-zaman karakteristikleri Bu karakteristik tipinde işleme süresi doğrudan hata akımının büyüklüğüne bağlıdır. Fazla ters akım zaman karakteristik eğrileri, normal ters akım-zaman karakteristik eğrilerinden daha diktir ve özellikle gözlü sistemlerde giriş ve çkış göz bağlantıları arasındaki hata akımlarının küçük farklılıklarında başarılı bir seçicilik sağlar. Çok fazla ters akım-zaman karakteristikleri İşleme zamanı hata akımının büyüklüğüne bağlıdır. Bu karakteristik dağıtım veya endüstriyel şebekelerde sigortalı koordinasyonları gerçekleştirmek için kullanılır. Devreye alma geçici akımlarının problem olduğu yerlerde aşırı yüklenme kapasite kullanımının yüksek olmasını gerektirdiği durumlarda sigorta kullanılır. Uzun gecikmeli ters akım-zaman karakteristikleri Bu karakteristik fazla ters akım karakteristiklerinideki aynı akıma sahiptir.ancak açma süreleri daha uzun olup daha uzun geçikme istenen yerlerde kullanılır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -73-

77 Seçicilik Radyal şebekelerdeki seçiciliğin başarılı bir şekilde sağlanması için Şebekedeki seri bağlı kesicilerin seçici açtırmalarını sağlamak için, gecikme sürelerini besleme noktasına doğru her kademede arttırmak şarttır. Bunun anlamı besleme noktasına yakın yerleştirilen aşırı akım rölelerinin açtırma süreleri daha uzun olacak ve buna karşılık bu noktalarda meydana gelen hata akımlarının büyüklüğü daha fazla olacaktır. Bundan dolayı farklı seçici kademelerindeki zaman aralıkları aşağıda verilen faktörlere bağlı olarak mümkün olduğu kadar kısa olmalıdır. Rölelerin çekme sürelerindeki farklılıklar, kesici açma süresi ve röle resetleme süresi, 0,3 sn ve Sabit akım-zaman karakteristikleri kullanılacaksa aynı tip röleler kullanıldığında zaman aralıklarının 0,3 saniye olması genellikle tavsiye edilir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -74-

78 Şekil 9.36: TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -75-

79 Aşırı akım korumalı radyal şebekede hata yerine bağlı olarak hata süresi Radyal şebekelerde farklı korumalar arasında seçiciliği sağlamak için aralarında minimum zaman farkı olması gerekir. Radyal Şebekelerde faz aşırı akım korumasının ayarlanması Akım değerlerinin ayarlanması Ters aşırı akım-zaman rölelerinin çekme akımı veya sabit aşırı akım-zaman rölelerinin en düşük akım kademesinin röleyi faaliyete geçirmeyecek en yüksek muhtemel yüküne tekabül eden akım değerine ayarlanması şarttır. Burada dikkat edilmesi gereken önemli özellik, rölenin çalışmasına neden olmayacak aşırı akımın kısa süreli tepe değeri olarak tanımlanan röle reset akımının göz önüne alınması gerekir. En düşük ayar değeri: I PU I max 1,2. ifadesi ile belirlenir k Bu ifade de 1,2 emniyet faktörü k I max rölenin resetleme faktörü maksimum yük akımı Hat üzerindeki maksimum yük akımı tahmin edilebilir. Minimum kısa devre akımı I SCmin olmak üzere akım çekme eşik değeri: I 0 PU 0,7. I SC min TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -76-

80 Özet olarak zaman aralığı içinde rölenin çekme akım eşik değeri, I max 1,2. k olmalıdır. I PU 0,7. ifadesi yardımıyla elde edilen değerlere uygun Nötrü Doğrudan Topraklı Orta Gerilim Radyal Şebekelerde 3-fazlı Hatların Korunması Bir çok durumlarda yönsüz aşırı akım rölelerinin kullanılması yeterlidir.burada aşırı akım koruması 3-faz için yapılır ve uygulanır. Eğer paralel rezidüel aşırı akım koruması varsa; Faz aşırı akım koruması, 3 lü fazın iki fazı olçülerek yapılabilir. Akım-zaman karakteristiği şebekede ortak uygulamaya uygun olarak seçilir. Normal olarak şebekede fazların hepsi için aynı akım-zaman karakteristiği kullanılır. Eğer şebeke, sadece şebekenin besleme tarafında nötrü doğrudan topraklanmışsa aşırı akım rölesi faz-toprak hatası koruması olarak ta çalışır. Ancak yüksek dirençli toprak hatalarında bu koruma düzeyinde, yeterli algılama ve açtırma hassasiyetine ulaşmak çok zordur. Bu durumlarda akım ayar değeri toprak hata akımı hesabı yapılarak, korunan hattın yük akım değerinden aşağıda tutulur. Nötrü Doğrudan Topraklı Orta Gerilim Gözlü Şebekelerde 3-fazlı Hatların Korunması Gözlü şebekelerde aşırı akım röleleri, kısa devreye karşı kullanılabilir. Ancak gözlü şebekelerin kısa devreye karşı korumasında ayarların doğru ve güvenilebilir olarak yapılabilmesi için, şebeke kısa devre akımları hesabının hassas ve detaylı bir şekilde yapılması şartttır. Zıra bu tip şebekelerde yüksek kısa devre akımları meydana gelir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -77-

81 Gözlü şebekelerde kısa devre koruması için en uygun seçim mesafe koruması esasına dayanan koruma sistemi kullanmaktır. Mesafe koruması hem faz arası gözün ve hemde faz-toprak arası gözün ölçümlerini yapabilmektedir. Nötr Yüksek empedans Üzerinden Topraklı Orta Gerilim Sistemleri Kısa devre koruması için birçok durumlarda yönsüz aşırı akım röleleri kullanmak yeterli olmaktadır. Akım-zaman karakteristikleri şebekedeki ortak uygulamaya göre seçilir. Normal olarak şebekedeki aşırı akım röleleri aynı karakteristiğe sahip olmalıdır. Radyal şebekelerde bazı durumlarda paralal hatlar kullanılır. Bu durumda bazı terminallerde aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi yönlü aşırı akım röleleri kullanmak zorunluluğu ortaya çıkar. Şekil 9.37: Çift devre radyal şebekelerde Aşırı akım koruması TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -78-

82 Daha iyi bir koruma şekli ise aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi diferansiyel korumadır. Şekil 9.38 Çift devre radyal şebekelerde Diferansiyel koruma TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -79-

83 9.5. Güç Sistemleri Koruması Tek Beslemeli Güç Sistemleri Fazlar arası hata durumu Şekil Tek beslemeli güç sisteminde fazlar arası hata Giriş ve fiderlerler ANSI51 kodu ile belirlenen faz aşırı akım koruma üniteleri ile donatılırlar. A giriş koruma ünitesi ile D fider koruma ünitesi arasında zamana bağlı seçicilik uygulanır. D deki koruma ünitesi fider (1) üzerindeki hatayı algılar ve D kesicisine açtırma kumandası verir ve TD süresi içinde kesiciyi açar. Busbar üzerinde A daki koruma ünitesi (2) hatayı algılar ve TA sürelik gecikme ile A kesicisine açtırma komutu iletir. Eğer D kesicisinde herhangi bir hatadan dolayı açtırma gerçekleşemezse A kesicisi artçı koruma olarak açtırma yapar. Çözüm : Ayar değerleri, IsA>IsD ve TA TD+ T TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -80-

84 T : Seçicilik zaman aralığı, (genellikle 0,3 saniye=300 mili saniye olarak alınır) D koruma ünitesi alt taraftaki koruma ünitelerine bağlı olarak seçici olmalıdır. Eğer A koruması için gecikme gerekliliği çok uzunsa, bu durumda (lojik +zamana bağlı) seçicilik uygulanmalıdır Faz-toprak hatası Transformatör nötrünün direnç üzerinden topraklanması durumu Şekil Transformatörün nötrü direnç üzerinden topraklı sistemde faz-toprak hatası TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -81-

85 Giriş, fiderler ve nötr topraklama bağlantıları üzerlerine ANSI 51 toprak hata koruma üniteleri tesis edilir. Farklı koruma üniteleri arasına zamana bağlı seçicilik uygulanır. Hata akımları farklı aralıklarda olduğundan faz hata ünitelerinin davranışları ve gereklilikleri farklıdır. Fider koruma üniteleri seçicilik aralıklarına göre nötr topraklama koruma ünitesine bağlı olarak ayarlanan giriş koruma ünitesine göre ayarlanır. Topraklama direnci ve hatasız fazların kapasitansları üzerinden hata akımları akar. Hatasız fazlara ait sensörler bu kapasitif akımları algılar. İstenmeyen açtırmaları önlemek için her bir fider üzerindeki koruma üniteleri, fiderlere ait kapasitif akımlarından daha fazla değerlere ayarlanır. 3 deki hatada: Bağlı olan koruma ünitesi tarafından D1 kesicisi açtırılır, 4 deki hatada giriş koruma ünitesi tarafından A kesicisi açtırılır, 5 deki hatada nötr topraklama bağlantısı üzerindeki koruma ünitesi tarafından transformatörün girişindeki H kesicisi açtırılır. D deki koruma ünitesi alt taraftaki koruma üniteleri ile bağlantılı olarak seçici olmalıdır. A Koruması için gecikme ihtiyacı çok uzun ise, lojik seçicilik kullanılmalıdır. H deki nötr topraklama ünitesi A daki koruma hatadan dolayı koruma yapmazsa artçı koruma olarak enerji beslemesini keser. A daki giriş koruma ünitesi, D deki koruma ünitesi herhangi bir nedenle hatada açmayıp koruma yapmazsa A daki koruma ünitesi artçı koruma olarak çalışarak enerjiyi keser. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -82-

86 Transformatör nötrünün ana baralar üzerinden topraklanması Şekil Nötr noktasının busbarlar üzerinden topraklanması ANSI 51G toprak hata koruma ünitesi, fiderler, giriş ve sıfır bileşen jeneratörünün üzerine tesis edilir. Zamana bağlı seçicilik farklı koruma üniteleri arasında kullanılır. Fider koruma üniteleri ve giriş koruma ünitesi toprak empedans koruma ünitesi ile bağlantılı olarak seçisi olarak ayar edilir. Önceki durumlarda olduğu gibi her bir fider üzerindeki koruma ünitesi fiderlerin kapasitif akımlarından daha yüksek değere ayarlanır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -83-

87 1 no lu fiderde hata olması durumunda sadece D1 fider kesicisi açma yapacaktır. 2 no lu busbar üzerinde hata olması halinde sadece topraklama bağlantısı üzerindeki koruma ünitesi toprak hatasını algılayacak ve A kesicisi açma yapacaktır. 3 no lu transformatör sekonder devresi üzerinde hata meydana gelmesi durumunda, giriş koruma ünitesi hatayı algılar ve H kesicisi açma yapar. A kesicisi açık olduğunda transformatörün nötrü topraksız yani izoledir. Bu nedenle transformatörün ANSI 59N nötr gerilimi kayma ölçü koruma cihazı ile korunması gerekebilir. Sıfır bileşen jeneratör koruma ünitesi (Şekil 9.41 de görülen topraklama transformatörü nötründen topraklama direnci arasındaki bağlantı üzerine yerleştirilen ANSI 51G bağlantısı) D ünitelerinde açtırma hatası meydana geldiğinde artçı açtırma olarak A kesicisini ve H kesicisini açtırır. Eğer IsD > 1.3 Ic şartı fider için sağlanamıyorsa, yönlü hata koruma ünitesi hata akımı ve kapasitif akımlar arasında seçiciliği sağlamak için kullanılır Reaktans üzerinden nötrün topraklanması Nötrün transformatör veya busbarlar üzerinden direnç üzerinden topraklanmasında kullanılan prosedürler kullanılır. Nötrü izole sistemler. Şekil 9.42 Nötrü izole sistemlerde faz-toprak koruması TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -84-

88 Hata durumunda, sağlam fazlara ait kapasitanslar üzerinden kapasitif akımlar akar. Endüstriyel sistemlerde, bu hata akımı genellikle zayıf olup bir kaç amper mertebesindedir. Bu durumda sistemin çalışmasına izin verilir. Zamana bağlı seçicilik farklı koruma üniteleri arasında uygulanır. Hata izolasyon izleme cihazı veya ANSI 59N nötr kayma koruma ünitesi tarafından algılanır. Güç sisteminin toplam kapasitif akımı yüksekse (bir kaç on amper aralıklarında) hatalı bölümü hızla devreden çıkaracak ilave tedbirler mutlaka alınmalıdır. Yönlü toprak hata koruması, hatalı fiderin seçici olarak açılması için kullanılır. Nötrü doğrudan topraklı sistem Transformatörün nötrü direnç üzerinden topraklı sistemin benzeridir. Ancak kapasitif akımlar hata akımı ile karşılaştırıldığında ihmal edilebilecek kadar azdır; dolaysıyla koruma fonksiyonlarının benzeri burada da uygulanır. Nötrü kompanzasyon bobini üzerinden topraklı sistemler. Hata aktif rezidüel akımı izleyen ve başlangıç transiyen safhasında hatayı tanıyan özel yönlü koruma ünitesi (ANSI 67NC) tarafından belirlenir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -85-

89 İki Besleme Girişli Sistemler Fazlar arası hatlar Şekil Fazlar arası hata koruması Fiderler TD gecikmeli ayar üniteli faz aşırı akım koruma üniteleri ile donatılır. A1 ve A2 girişleri fiderlere göre TA = TD + T olarak seçici ayarlanabilen ANSI 51 faz aşırı akım koruma üniteleri ile donatılır. Aynı zamanda giriş fiderleri TR<TA- T olarak gecikmesi ayarlanan ANSI 67 yönlü koruma üniteleri ile donatılır. T kesicinin açma süresi olup yaklaşık 300 milisaniyedir. Giriş A koruma üniteleri ile D fider koruma üniteleri arasında zamana bağlı seçicilik uygulanır. Güç besleme girişi H koruma üniteleri ile giriş A koruma üniteleri arasında akıma bağlı seçicilik uygulanır. Burada: 1 de meydana gelen hatada, TD gecikmesi sonunda D2 açma yapar. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -86-

90 2 de meydana gelen hatada TA gecikmesi sonunda A1 ve A2 açarak hatayı ortadan kaldırır. Bu esnada yönlü koruma ünitesi hatayı algılamaz. 3 de meydana gelen hatada A1 yönlü koruma ünitesi tarafından hata algılanarak TR süresinde açma yaptırır ve hatasız bölümün işlemesine imkan tanır. Ancak hata yeri T1 üzerinden beslenmeye devam eder. TH = TA + T süresinde aşırı akım koruma ünitesi tarafında H1 açtırılarak hatalı kısmın beslenmesi kesilir Faz-Toprak hataları Giriş transformatörlerinin nötr noktalarının diren üzerinden topraklı iki besleme girişi Şekil Transformatörün nötr noktaları direnç üzerinden topraklanmış iki beslemeli sistemde faz-toprak hatası ANSI 51G toprak hata üniteleri fiderler üzerine tesis edilir ve TD gecikmesi ile kapasitif akımlardan daha yüksek değerlere ayarlanır. ANSI 67N yönlü toprak hata koruma üniteleri A1 ve A2 girişleri üzerine tesis edilir ve TR gecikmesine ayarlanır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -87-

91 ANSI 51G toprak hata koruma ünitesi topraklama bağlantısı üzerine tesis edilir ve TN TD + T gecikme ile fider koruma üniteleri ve giriş ünitedeğerlerinden daha yüksek değere ayar edilir. Farklı koruma üniteleri arasında zamana bağlı seçicilik uygulanır. Burada 4 de hata durumunda D1 kesicisi açtırılarak hatalı bölüm ayrılır. 5 deki hata durumunda A1 ve A2 kesicileri açtırılır, H1 ve H2 kesicileri kapalı kalır. 6 daki hatada, hata A1 deki yönlü koruma ünitesi tarafından algılanarak TR gecikmesi sonunda A1 deki kesici açtırılır, sistemin diğer transformatör üzerinden beslenmesi sağlanır. Ancak 6 daki hatada TN süresi kadar hata yeri beslenir ve bu süre sonunda toprak bağlantısı üzerindeki koruma ünitesi tarafından H1 kesicisi açtırılarak hata yerinin beslemesi ortadan kaldırılır. Nötr noktası busbarlar üzerinden topraklı şebekelerde Direnç topraklaması için sıfır bileşen jeneratörü kullanılır. Fiderler, girişler ve sıfır bileşen jeneratörü üzerine toprak koruma üniteleri tesis edilir. Zamana bağlı seçicilik farlı koruma üniteleri arasına uygulanır. Sistem tek beslemeli güç sistemlerine benzer şekilde çalışır. Nötrü izole sistemler Sistem tek girişli güç sistemindekine benzer şekilde çalışır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -88-

92 Nötrü doğrudan topraklı sistemler Bu sistemin çalışması, direnç üzerinden topraklı sistemle aynıdır. Ancak faz-toprak hatası akımı kısa devre akımı mertebesinde çok yüksek değerdedir. Nötrü kompanzasyon bobini üzerinden topraklı sistemler. Sadece verilen süre içinde güç sisteminin kapasitansını sağlayacak şekilde çalışır. Tek girişli sistemlerdeki uygulamanın aynı geçerlidir İlave koruma fonksiyonları Kuplaj Şekil Güç sistemi kuplaj koruması TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -89-

93 ANSI 25 senkronizasyon kontrol fonksiyonu iki kaynak arasında senkronizasyonun sağlandığını kontrol etmek ve gerekli şartlar oluştuğunda iki devreyı otomatik olarak birbirleri ile bağlamakta kullanılır. Kuplajın açılması Elektrik tesislerinin şebeke ve bağımsız kaynak tarafından beslenmesi durmunda, örneğin şebekede hata veya toprak hatası meydana geldiğinde iki kaynak arasındaki enterferans mutlaka önlenmelidir. Zira bu gibi durumlarda frekans ve akım salınımları meydana geldiği gibi farklı devreler arasında güç değişimleri ortaya çıkar. İki kaynak arasında kuplaj açılması için bir çok metot vardır : ANSI 32P ters güç koruma rölesi vasıtasıyla korunur ve aktif güç yön elemanı ile izlenir. Gerilim büyüklüğü izlenir ve ANSI 27 veya 59 düşük ve aşırı gerilim koruması vasıtasıyla koruma yapılır. Frekans izlenir ve ANSI 81L düşük frekans ve ANSI 81L aşırı frekans koruma rölesivasıtasıyla koruma yapılır. Hataların neden olduğu kaymalarına karşı ANSI 78 rölesi vasıtasıyla koruma yapılır. Frekans değişimlerinin izlenmesi ve eşik değerine bağlı olarak ANSI 81R vasıtasıyla koruma yapılır. Bu koruma fonksiyonu frekans koruma fonksiyonundan daha hızlı ve faz kayma korumasından daha kararlıdır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -90-

94 Otomatik kaynak transferi Şekil Otomatik kaynak transferi Şekil 9.46 daki sistemde açık kuplaj üzerinden beslenen iki busbarlı bir tesisi göstermektedir. Eğer 1. kaynakta enerji kaybı meydana gelirse, 1. kaynağa ait giriş kesicisi kapanır ve kuplaj kesicisi kapanarak besleme tekrar sağlanır. Bu otomatik kaynak transferi aşağıda açıklanan sıraya göre gerçekleşir: kaynakta Us = 70% Un,gibi bir değere düştüğünde ANSI 27 düşük gerilim koruması tarafından algılanarak transfer başlatılır. Eğer hata ANSI 50 Ve 51 aşırı akım koruma üniteleri tarafından kaynağın aşağısında algılanmışsa transfer yasaklanır. ANSI 27R düşük gerilim koruma ünitesi tarafından dönen makinanın remenans geriliminin kaybolması kontrol edilir ve söz konusu TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -91-

95 gerilim kaybolduktan sonra kuplaj sağlanır. Remenans gerilim Us = 25% Un, değerini aldığında kuplaj sağlanabilir. İkinci kaynak üzerindeki ANSI 59 vasıtasıyla 2. kaynak gerilimi kontrol edilerek, kaynak üzerindeki gerilim en az Us = 85% Un değerine sahipse kuplaj sağlanabilir Açık Gözlü Şebekeler Şekil 9.47 Açık göz sistemi ile işletilen şebekelerde koruma Açık göz sistemi ile işletilen güç sistemlerinde koruma göz sonundaki kesicilerle donatılan koruma sistemi ile sağlanır. Talı istasyonlardaki anahtarlar sadece açma kapama yaparlar. Hatalar enerji kesintisine neden olur. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -92-

96 ANSI 51 ve 51N faz aşırı akım ve toprak hata kopruma üniteleri gözün başlangıcına kesiciler üzerine yerleştirilir. Hata meydana geldiğinde göz açıklığının pozisyonuna bağlı olarak bu kesiciler devreyi açtırır.ve iki istasyon devre dışı olur Kapalı Gözlü Şebekeler. Güç sistemi bölümün sonundaki kesiciler tarafından her bir bölüm korunarak kapalı gözlü işletilebilir. Birden fazla hata oluştuğunda enerji kesintisi meydana gelmez. Çeşitli koruma çözümleri uygulanabilir Diferansiyel Koruma Şekil Kapalı göz diferansiyel koruması TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -93-

97 Her bir kablo ve aynı zamanda busbar sistemleri ANSI 87L hat diferansiyel koruma ünitesi ile donatılır. Bu koruma çok hızlı çalışır. Eğer sistem nötr noktası direnç üzerinden topraklanmışsa diferansiyel koruma ünitesinin duyarlulığı faz-toprak hatalarını da kapsamalıdır Aşırı akım koruma ve yönlü lojik seçicilik Gözdeki kesiciler aşırı akım ve yönlü koruma üniteleri ile donatılırlar. Mümkün olduğunca hızlı hatanın temizlenmesi için lojik seçicilik kullanılır. Gözde hata meydana geldiğinde aşağıda açıklanan cihazlar aktif hale gelir: Göz kapalı ise tüm koruma üniteleri Göz açık ise hatadan itibaren üste bulunan tüm koruma üniteleri Şekil Göz aşırı akım koruma ve yönlü koruma TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -94-

98 Her bir koruma ünitesi yönlü koruma üniteleri tarafından gönderilen verilere göre yakın üniteler bir diğerine blokaj sinyali gönderir. Gözdeki hatanın pozisyonuna bağlı olmayan minimum gecikme ile blokaj sinyali almayan koruma ünitesi : Eğer göz kapalı ve tüm dağıtım panoları enerjili ise her iki taraftaki iki kesici tarafından hata temizlenir Eğer göz açıksa üst taraftaki kesici vasıtasıyla hata temizlenir. Bu çözüm kablolar ve busbarların hızlı, seçici ve artçı koruması dahil olmak üzere kapsamlı bir çözümdür. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -95-

99 9.6. BUSBAR Koruması Hata Tipleri Ve Koruma Fonksiyonları Faz arası ve faz-toprak hataları Aşırı akım koruması ANSI 51 aşırı akım koruma fonksiyonu ve ANSI 51N toprak hata fonksiyonu ile zamana bağlı seçiciliğin kullanımı seçicilik seviyesinin adedinin fazla oluşundan dolayı aşırı hata temizleme süresinde çabuk sonuç verir. Şekil Zamana bağlı seçicilik TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -96-

100 Şekil 9.49 daki örnekte 1 noktasında busbarda oluşacak hatada B kesicisi 0,4 saniyede açma yapacak, 2 noktasında oluşan hatada seçicilik aralığının 0,3 saniye olması durumunda A kesicisi 0,7 saniyede açma yapacaktır. Şekil 9.50 de verilen aşırı akım korumalı lojik seçiciliğin kullanılması durumunda busbar korumasında basit bir çözüm sağlanacaktır. Şekil Busbar korumasında lojik seçiciliğin sağlanması TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -97-

101 3 noktasındaki hata, B koruma ünitesi tarafından algılanır ve A koruma ünitesine blokaj sinyali gönderilir. B ünitesi 0,4 saniye sonra açma yaptırır. Ancak 4 noktasındaki hata, sadece A koruma ünitesi tarafından algılanır ve bu durumda A ünitesi, 0,1 saniyede açma yaptırır. B ünitesinde bir açtırma hatası meydana geldiğinde A ünitesi artçı koruma yaparak 0,7 saniyede devreyi açar. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -98-

102 9.7. Transförmatör Koruması Korumanın Amacı Transformatör sisteminin koruması hazırlanırken her bir transformatörün karakteristikleri göz önüne alınarak hatalardan dolayı hasarlanmasını önlemek ve işletme kalitesini ve sürekliliğini sağlayarak işletme personelinin güvenliğinin garanti altına alınması göz önünde bulundurulur İşletmedeki Zorlanmalar ve Hata Şekilleri Transformatörü etkileyen ana hatalar Aşırı yük Kısa devre Tank hataları Aşırı yüklenme Aşırı yükler transformatörde aynı anda beslenen yük miktarlarının transformatör nominal gücünün üstüne çıkması halinde meydana gelir. Aşırı yüklenmede uzun süre akım çekilmesi sonucu sargı ve transformatörde izolasyonun tahrip olması veya eskimesi ile sonuçlananabilecek kalıcı hasarlar meydana getiren ısı yükselmesi olur. Transformatörün çeşitli bölümlerine de kabul edilebilir sıcaklık yükselmeleri transformatörün izolasyon malzemeleri göz önüne alınarak belirlenir ve aşırı sıcaklık yükselme koruma elemanının açtırma eşik değeri TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -99-

103 standartlara göre belirlenir. Transformatörün tesis edildiği bölgelere ait ortam sıcaklıkları da büyük önem taşımakta ve izin verilen sıcaklık yükselmeleri bu bölgelere göre farklı değerler almaktadır. Şekil Yağlı transformatörün Aşırı yüklenebilme kapasitesi Dağıtım şebekelerinde belirlenen kısa süreli aşırı yüklenmelerde işletme sürekliliği göz önüne alınarak genellikle devre dışı edilmezler. Eğer aşırı yüklenme sık sık ve uzun süreli olursa daha büyük boyutta transformatör tesis etme zorunluluğu vardır. Endüstryel tesislerde ise motorların yol almasında olduğu gibi kısa süreli aşırı yüklenmeye izin verilir. Bu tesislerde transformatörün alçak gerilim tarafında bulunan panolardaki kesici vasıtasıyla uzun süreli aşırı yüklenmeye karşı koruma yapılır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -100-

104 Kısa devre Kısa devre hataları transformatörün içinde ve dışında meydana gelebilir. İç kısa devreler, farklı faz iletkenlerine ait faz sargılar arasında veya faz sargıları ile transformatör yağ tankı arasında ve aynı sargının sarımları arasında meydana gelebilir. Arklı meydana gelen hatalar transformatörü tahrip ettiği gibi yangının oluşmasına da sebepiyet verirler. Ark hatalarda yanıcı gaz çıkışı olur. Hafif hatalarda düşük gaz çıkışı olur, ancak birikmesi halinde büyük yangın tehlikeleri meydana gelir. Ark hatasız güçlü bir kısa devrede eğer koruma cihazı vasıtasıyla transformatörün beslemesi gerekli sürede kesilmezse kazan içindeki yağ kaynar. Dış kısa devreler, transformatörün sekonder yani enerji çıkış tarafındaki kısa devrelerdir. Bu kısa devreler, transformatör sargılarını mekanik ve termik yönden etkileyecek ve hasara uğratabilecek büyük elektrodinamik ve termik zorlamalara neden olur.eğer hatalı bölüm gereken sürede devre dışı edilmezse transformatörde iç kısa devre hataları meydana getirir Tank hataları: Transformatörün iç hatalarıdır. Tank ile faz sargıları arasında veya bunların yerleştirildiği manyetik çekirdek arasında meydana gelir. Hata akımlarının büyüklüğü transformatörün primer ve sekonder sargılarının ve nötr topraklamalarının düzenleme şekline bağlıdır. Transformatör sargı şekli yıldız ise tank hata akımı aşağıdaki şekilde görüleceği gibi 0 ile hatanın nötrde faz sargısının sonunda oluşuna bağlı olarak maksimum değer arasında değişir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -101-

105 Şekil 9.52 Üçgen tertipte tank hata akımı hatanın sargı ortasında veya her iki ucunda oluşumuna göre %50-%100 arasında değişir. Şekil 9.53 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -102-

106 Transformatörün sargılarının sarımları arasındaki hatalar Şekil 9.54 sarımlar arasında hatalar Orta gerilim sargılarının sarımları arasındaki hatalar çok zor algılanan ve sıklıkla meydana gelen hatalardır. Sonuçta termik ve dielektrik zorlamalardan dolayı transformatörün iletken izolasyonunda kısmi bozulmalar meydana gelir. Bu durum transformatörün çevirme oranları arasındaki faklılıktan belirlenebilir. Transformatörün primer sargısında meydana gelen sarım kısa devresinde transformatörün davranışı Hatalı sarım üzerinden geçen akımın değerine bağlı olarak hatanın gelişimi daha fazla veya daha hızlı olabilir. Akımların yüksek olması halinde sıcaklık yükselmesi komşu sarımlarda bozulmalara hatanın hızla yayılmasına neden olur. Herhangi bir durumda bölgesel arkın varlığı gaz çıkışına neden olacaktır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -103-

107 Sargılar arasındaki hatalar Orta gerilim sargıların arasındaki hata, nadir olarak meydana gelir fakat herhangi bir terminalde hata durumundakine eş değer derecede kısa devre akımına eşdeğer yüksek akım akmasına neden olur. OG/AG sargıları arasındaki hatalar, alçak gerilim şebekesinde tehlikeli seviyede potansiyel meydana getirecek şekilde primer ve sekonder sagılar arasında kontağa neden olur. İnsan ve ekipman riski iki şebeke arasındaki nötr noktası düzenlemesine bağlıdır. Şekil 9.55: Primer ve sekonder sargılar arasında oluşan hata TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -104-

108 Transformatörün Devreye Alınması Transformatör devreye alınırken zaman sabiti 0,1-0,7 saniye arasında değişen ve büyüklüğü nominal akımın 20 katına ulaşabilen geçici darbe akımları meydana gelebilir. Akımların oluş sebepi yüksek mıknatıslama akımı üreten manyetik devrenin satüre olmasıdır. Darbe akımlarının en yüksek değeri gerilim sıfırdan geçerken transformatörün enerjilenmesi esnasında oluşur ve dalga şekli 2. harmoniğin önemli bir miktarını ihtiva eder. Söz konusu geçici olay transformatörlerin devreye alınması sırasında her zaman meydana gelebilecek olay olup koruma üniteleri tarafından bir hata olarak algılanmamalıdır. Aşırı Yükler Uzun sureli aşırı akımlar sabit zamanlı veya IDMT gecikmeli aşırı akım koruma üniteleri (ANSI 51) tarafından algılanmalı sekonder koruma ünitelerine uygun seçicilik sağlanmalıdır. Dielektrik sıcaklık (ANSI 26) ile yağlı transformatör için ve (ANSI 49T) ile kuru tip transformatörler için izlenmelidir. Termik aşırı yük koruması (49RMS) aşırı yüklerden dolayı sargıların sıcaklığının daha hassas izlenmesi için kullanılır. Bu izleme metodu transformatörün termal ataletineve akıma bağlı sıcaklık yükselmesinin simülasyonu esasına dayanarak tespit edilir. Kısa devreler Yağlı transformatörlerde sargı veya sarım kısa devresinin neden olduğu gaz çıkışına veya yağ hareketine hassas cihazlar (ANSI 63) TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -105-

109 1. Yağ tankına sahip transformatörler için BUCHHOLZ röleleri ve 2. Hermetik transformatörler için gaz ve basınç detektörleridir Transformatörlerde diferansiyel koruma (ANSI 87T) Faz-faz kısa devre hatalarına karşı hızlı korumadır. Tesis için çok önemli olan yüksek güçlü transformatörler de kullanılır ve çok hassastır. Gereksiz açmalardan sakınmak için transformatör devreye alınırken 2.harmonik tutuculuk ve aşırı akım durumlarında 5. harmonik tutuculuk özelliğine sahip olması gerekir. Şekil 9.56 Ani aşırı akım açtırma ünitesi (ANSI 50) etkili kısa devre akımlarına karşı transformatörü korumak amacıyla transformatörün primer tarafına bağlanır. Akım açtırma eşik değeri, akım bazlı seçiciliği sağlamak amacıyla sekonder sargılarda meydana gelen kısa devre akımından daha büyük değere ayarlanır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -106-

110 Şekil 9.57 Transformatörde aşırı akım koruması Yüksek gerilim sigortaları nominal güçleri düşük transformatör için kullanılır Transformatörde 3-faz aşırı akım koruması Faz iletkenleri veya faz iletkeni toprak arasında izolasyonun bozulması sonucu kısa devre veya faz-toprak kısa devresi meydana geldiğinde hata akımları transformatörlerin sargılarında ve demir çekirdeğinde ciddi hasarlara neden olurlar. Bundan başka yüksek akım değerini haiz hata akımı yağlı transformatörlerde yağı bozarak gaz çıkışına neden olur; sonuçta transformatör tankında yüksek gaz basıncı meydana gelir. Eğer gaz basıncı çok yüksekse transformatör tankı zarar görür. Bu nedenle hata akımının büyüklüğüne bağlı olarak hatalı transformatör gerekli sürede aşırı akım koruma sistemi tarafından devre dışı edilmelidir. Transformatörün dışında şebekede bir hata meydana geldiğinde yüksek hata akımları transformatör üzerinden akar ve transformatörler üzerinde yüksek ısınmalar meydana gelir. Devre gerekli sürede aşırı akım koruma elemanları tarafından açılmazsa transformatörlerin bakır kayıplarının hata TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -107-

111 akımlarının karesi ile artmasından dolayı transformatörde aşırı ısınmalar meydana gelecek ve transformatör hasara uğrayacaktır. Transformatörda meydana gelen hata akımlarının büyüklüğü Şebekenin kısa devre kapasitesine (kısa devre gücüne) Sistem topraklamasına Transformatörün kaçak reaktansına Sargı boyunca hata yerine ve pozisyonuna bağlıdır. Fazlar arası kısa devreler önemli büyüklükte kısa devrelere sebep olurlar. Bu akımların büyüklüğü önemli oranda kaynak empedansına ve transformatör kaçak reaktansına bağlıdır. Toprak hatası topraklanan bölümle sargı arasında (örneğin demir çekirdekle tank arasında) ark kontağı veya metalik kontakla meydana gelebilir. Toprak hata akımının gerçek değeri hata devresindeki empedansa ve sargı boyunca hatanın yerine ve pozisyonuna bağlıdır. Nötrü doğrudan topraklanmış sistemlerde ortaya çıkan toprak hatası yeterli seviyede toprak hata akımı meydana geleceğinden aşırı akım koruma sistemleri vasıtasıyla kolaylıkla algılanır. Nötr noktasının durumları için toprak hata akımlarının değerleri çok düşük olabilir ve bazı durumlarda aşırı akım koruma sistemlerinin bu hatayı algılaması zor veya mümkün olmayabilir. Aynı sargıların sarımları arasındaki metalik kontak veya arklı kontak transformatörde bir iç hataya sebep olur. Sarım kısa devresinde hata akımı çok yüksek olmasına rağmen bunun transformatörlerıin çıkış faz akımları üzerine yansıması çok küçük olacaktır. İç hataları transformatörün dışında ve girişine bağlı koruma cihazlarının algılaması çok zordur; bazı durumlarda algılama imkanı olmayabilir. Bu nedenle iç hataları kesinlikle algılayan ve gerekli koruma kumandası veren sadece TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -108-

112 yağ rezervuarlı tanklara sahip transformatörlerde BUCHHOLZ ve hermetik transformatörlerde ANİ BASINÇ röleleridir. Faz aşırı akım korumaları aslında faz hatalarına karşı koruma olup, toprak hatası meydana geldiğinde toprak hata akımı büyüklüğü rölenin açtırma eşik değerinin üstünde ise toprak hata koruması da yapar. Diferansiyel rölelerden daha yavaş ve daha az hassasiyete sahip olan aşırı akım koruma sistemleri küçük güçteki transformatörlerde birinci derecede koruma elemanı olarak kullanılırlar. Büyük güçteki OG/AG VE YG/OG transformatörlerda aşırı akım koruması iç hatalar için geri yani yadek koruma olarak ve güç transformatörünün beslediği ana baralar için birinci derece ana koruma olarak kullanılırlar Kısa Devre Koruması Faz aşırı akım korumaları pahalı olmayıp basittir ve hatayı algılaması güvenilirdir. Bu nedenle bazı transformatörlerin korunması için ana koruma sistemi olarak kullanılırlar. Ancak transformatörün devreye girme akımlarının büyüklüğü nedeniyle aşırı akım koruma cihazlarının hassasiyeti azaltılır ve çalışma süresi uzatıldığından hassas ayarlama aynı zamanda hızlı çalışmayı aşırı akım koruma elemanlarıyla gerçekleştirmek mümkün olmaz. Aşırı akım koruma ünitelerinde ters zaman gecikme karakteristikleri transformatörün iç aşırı yük kapasitelerinin üstünde akım çekmesine belirli süre için izin verilen (motorların yol alması ve diğer ekipmanların devreye girmesi esnasında çekilen kapama akımları) ve güç sistemlerinin diğer ekipmanları arasında seçiciliğin sağlanması gereken yerlerde kullanılır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -109-

113 Sabit zamanlı aşırı akım üniteleri ya dış hata halinde maksimum kısa devre akımından veya transformatörün devreye girmesi esnasında meydana gelen geçici akım değerinden biraz yüksek akım değerinde açma yaptıran sabit zaman gecikme elemanlarına sahiptir. Bu durumda ana fonksiyonu ağır iç hatalar meydana geldiğinde hızlı çalışma elde edebilmektir. Dijital aşırı akım koruma röleleri performansları yüksek olan cihazlardır. Dijital filtreler doğru akım bileşenlerini ve devreye girme sırasında çekilen ani akımların neden olduğu harmonikleri ortadan kaldırır. Dijital sistemin geçici yanılgıları çok küçüktür. Koruma değerleri bundan dolayı normal tiplere göre çok daha hassas değerlere ayarlanabilir. Transformatör birden fazla kısa devre yerini beslerse aşırı akım koruma cihazları iyi bir seçicilik ve koruma sağlamak için yön elemanları ile donatılır. Bazı uygulamalarda transformatörlerin hem primer ve hem de sekonder taraflarına yönlü aşırı akım koruma cihazları yerleştirilir. Her iki korumada koruma yönü transformatöre doğrudur. Yönlü aşırı akım koruma elemanı sadece hatalı girişi devre dışı eder. Hatanın yönü akım akışının yönü veya diğer bir deyimle akım ve gerilim arasındaki deplasmanı ölçülerek algılanır. Şekil 9.58 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -110-

114 Yönlü koruma röleleri özellikle faz arası kısa devresi veya faz-toprak hatası sonucu güç akış yönü değişmesi muhtemel tüm şebeke elemanları için gerek seçicilik ve gerekse hızlı çalışma için kullanılması gereken koruma cihazlarıdır Faz yön koruma rölesi paralel gözlü veya iki besleme kaynağı tarafından beslenen şebeke elemanlarını korumak için kullanılır. Şekil 9.59 Toprak hata rölesinin yönü toprak hata akımının toprağa akış yönüdür. Toprak hata akımının birden fazla topraklama sistemine bölündüğü yerlerde kullanılır. Akım akışı sadece diğer fiderlerin faz-toprak kapasitanslarına ve nötr direncinin değerine bağlı olarak nötrüne doğru olmayıp söz konusu kapasitanslar üzerindende devresini kapatırlar. Rezidüel yönlü aşırı akım rölesinde sıfır bileşen aktif güç korumasında olduğu gibi hata akımı büyüklüğünde kapasitif akım kullanılır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -111-

115 Şekil 9.60 Rezidüel aşırı akım rölesi (2) karşı yönden akım akmadıkca açtırma yaptırmaz Yönlü röleler aşırı akım korumasını tamamlayan ve şebekenin hatalı bölümünün seçici olarak ayrılmasını sağlayan koruma elemanlarıdır Yönlü Aşırı Akım Rölelerinin Açıklanması Toprak hata yönlü koruma Toprak hata korumasında polarizasyon miktarı olarak sık sık kullanılan rezidüel akım ve rezidüel gerilim ölçülür. Herhangi bir 3-fazlı sıstemde F, F F büyüklükleri arasında dengesizlik olması halinde simetrili 1 2, 2 bileşenler teorisine göre 1 Sıfır bileşeni F h.( F1 F 2 F 3) olarak ifade edilir. 3 Rezidüel değişken ise F r F 1 F 2 F 3 ile ifade edilir.ifadeden anlaşılacağı üzere rezidüel değişken sıfır bileşen değişkeninden 3 kat daha büyüktür. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -112-

116 Rezidüel akım ya 3 adet akım transformatörüyle veya 3-faz iletkeni içine alan toroidal transformatör yardımıyla ölçülür. Şekil adet transformatör kullanmanın güvenilir ve yüksek akımları ölçmek gibi avantajlarının yanında, kısa devre anında satüre olması ve transformatörün devreye girmesi anında hatalı rezidüel akımlar üretmesi ve pratikte eşik değerinin transformatörün nominal akımının ancak %10 değerinin altında ayarlanabilmesi gibi sakıncaları vardır. Toroidal akım TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -113-

117 transformatörlerin çok yüksek hassasiyet avantajının yanı sıra düşük izolasyon seviyesinde imal edilebilmesi en büyük sakıncasıdır. Şekil 9.62 Rezidüel 3-adet gerilim transformatörüyle ölçülür. Genellikle iki sekonder sargı kullanılır. Birinci sargı yıldız bağlı olup faz-nötr ve faz-faz gerilimleri ölçülür, diğer sargı ise açık üçgen olarak tertip edilerek rezidüel gerilim ölçülür. Şekil 9.63: Rezidüel gerilim, toprak hata yönlü rölesinde polarizasyon değişkeni olarak sık kullanılır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -114-

118 Karakteristik Açı Hatanın yönünü belirlemek için koruma ekipmanı akım ile polarizasyon akım değişkeni arasındaki faz deplasmanını ölçer. Eğer polarizasyon değişkeni istenen röle hareketinin simöetri ekseninde değilse karakteristik açı ayarlanarak faz kaydırması yapılır. Şekil 9.64 Karakteristik açı Transformatör Diferansiyel Koruma Diferansiyel koruma genellikle 10 MVA gücünden yukarı transformatörlerda kullanılan çok önemli bir koruma sistemidir. Basit olarak transformatörün giriş ve çıkış terminallerindeki akımların karşılaştırılması esasına dayanan yüksek güvenirliliğe sahip koruma şeklidir. Diferansiyel koruma ünite koruması olup ana koruma fonksiyonu olarak transformatör sargılarında meydana gelen hatalarda çalışır. Diferansiyel koruma bölgesi her iki uçta tesis edilen akım tranformatörlerinin arasında bulunan transformatör, baralar ve kablolardır. Ancak buşing tipi akım TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -115-

119 transformatörleri kullanıldığında kesici ve transformatör arasındaki baralar ve kablolar korunan sisteme dahil olmazlar. Transformatörün elektriksel iç hataları çok önemli olup ciddi hasarlara sebep olurlar. Sargı ve terminaller üzerindeki toprak hataları ve kısa devreler, genellikle diferansiyel koruma vasıtasıyla algılanabilirler. Aynı sargıya ait iletkenler arasında sarım hataları diferansiyel koruma vasıtasıyla gerçekleştirilir. Sarım hataları elektriksel koruma sistemlerinde en zor algılanan hatalardır. Birkaç sarımdan ibaret sarım hatasında, toprak hatası ortaya çıkıncaya kadar hata akım miktarı algılanamaz. Bundan dolayı herhangi bir dış hatada istenmeyen açmaya neden olmamak kaydıyla yüksek hassasiyetli diferansiyel koruma kullanılır. Hatalı transformatörün mümkün olduğu kadar hızlı devre dışı edilmesi gerekir. Koruma bölgesi dışındaki hatalarda ise diferansiyel koruma sistemi çalışmaz. Diferansiyel koruma teorik olarak sarım oranı ve faz kayması kompanze edilmemişse normal yük ve dış hata halinde çalışmaz. Ancak iç hata meydana gelmeden transformatörlerin farklı davranışlarından dolayı meydana gelen diferansiyel akımlar diferansiyel koruma sisteminde istenmeyen hatalı açtırmalar meydana getirir. ns İç hataların algılanması I D I P.II S ifadesiyle belirlenen n diferansiyel akımın değerlendirilmesine dayanır. ( I taransformatorun primer akımı, sekonder sarım sayısı, I S transformatörün sekonder akımı, P P ns transformatörün np transformatörün primer sarım sayısı) diferansiyel akım sıfıra eşitse transformatör sürekli çalışma şartlarına sahiptir. I D TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -116-

120 Ancak genellikle n n S P transformatörün çevirme oranı sekonder gerilim regülasyonunu sağlamak amacıyla bir kademe değiştirici vasıtasıyla ayarlandığından, röle düzeltilmiş değerin bilgisine sahip olmayabilir. Hatta kademe değiştirici olmasa dahi transformatörün mıknatıslanma akımından dolayı bir ölçme hatası daima vardır. Bu tipten hataları önlemek amacıyla I D diferansiyel akımı ifadesiyle belirlenen sınırlandırılmış akımla karşılaştırılır. Bu durumda diferansiyel rölenin açtırma şartları: I k I, I D I m D 1 r n S I r. I P. 2 np I S k kademe değiştirici karakteristiklerine ve ölçü hassasiyetine bağlı olarak belirlenen ayar değeri, I m transformatörün mıknatıslanma akımıdır. İstenmeyen diferansiyel akımları meydana getiren transformatör davranışları Gerilim ayar kademesinin farklı pozisyonundan dolayı meydana gelen uyumsuzluk Akım transformatörünun yük ve işletme şartlarının farklı karakteristikte olması Güç transformatörünun yanlız bir tarafında sıfır bileşen akımlarının akması Bu ise Yd ve Dy sargı bağlantılı transformatörlerda görülen bir durumdur. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -117-

121 Transformatörün normal mıknatıslanma akımları Mıknatıslanma darbe akımları Aşırı uyarma mıknatıslama akımlarıdır. Basit diferansiyel röle Şekil 9.65 basit diferensiyel role Akım transformatörlerinin polariteleri dış hatalarda ve nominal yükte röleden akım geçmeyecek şekilde seçilmiştir. Röle sargısı endüklenen akımların vektörel toplamlarını alır. Normal halde bu akımlar sıfırdır. Transformatörde meydana gelen iç arızada bu denge bozulur ve röle çalışır. Pratikte basit haldeki diferansiyel korumanın hatalı açma yapma nedenleri yukarıda açıklanmış olup diferansiyel rölenin stabilizasyonu için oransal diferansiyel röleler imal edilmektedir. Devreye girme akımlarından dolayı yanlış açmayı önlemek için röleye devreye girme akımının harmonik bileşenlerine dayalı bir stabilizasyon sağlanmaktadır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -118-

122 Oran Diferansiyel Rölesi ve Akımların Etkisi Şekil 9.66 Akım transformatörlerinin karakteristik farklılıkları veya güç transformatörünün kademe değiştirilmesi sonucu akım transformatörlerinin sekonderlerinde akan akımlar arasındaki fark yada dengesizlik hat akımının artması ile artar. Faaliyete geçme akımı hat akımının yüzdesi olan bir röle hatalı açma tehlikesi olmaksızın hassas bir şekilde düşük değerde faaliyete geçme akımına ayarlanabilir. Rölenin stabilizasyon derecesi hata boyunca bias akımının seviyesine bağlıdır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -119-

123 Şekil 9.67 Diferansiyel röle işletme-bias Karakteristiği Bias akım I 1. 2 I P I S I P Transformatörün primer akımı I S Transformatörün sekonder akımı I N Transformatörün nominal akımı pu olarak bias akımı = I I N TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -120-

124 1. Bölge: Bu aralıklar içinde bias akımı sıfırdan I 0,5.I N arasında değişir. Röle işletmesi için gerekli olan diferansiyel akım seviyesi sabittir. Bu değer rölenin temel ayar değerleriyle aynıdır. 2. Bölge: Bias akımın 0,5. I N I 2,5. I N değerleri arasında rölenin bias değerleri vasıtasıyla stabilizasyon ayarları yapılır. Böylece değerleri göz önüne alınarak yapılan ayarda rölenin çalışmasına sebep olan diferansiyel akımlar bias akımlarının çeşitli kademelerinde belirlenir. 3. Bölge: Bias akımın I 2, 5I N değerleri için stabilizasyon derecesi sabit olup %100 dür. Diferansiyel korumada üçgen-yıldız bağlı transformatörlerde üçgen taraftaki akım transformatörleri yıldız, yıldız taraftaki akım transformatörleri üçgen bağlanarak hat akımları arasındaki faz kayması düzeltilir. Faz kayması ana transformatörle aynı bağlama grubundan bir ara transformatörle de giderilebilir. Devreye girme akımlarından dolayı meydana gelen hatalı açmaları önlemek amacıyla devrede harmonik blokaji sağlayan sistemiin bulunması gerekir. Diferansiyel korumada akım transformatörlerinin seçimi S I I D Şekil 9.68 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -121-

125 Akım transformatöründe satürasyonun başladığı noktadaki gerilim V A. I. R 2. R K B CT L I B Akım transformatörünün sekonder tarafindan görünen nominal akım değeri R CT Akım transformatörünun sekonder sargı direnci R L Akım transformatörü ile role arasındaki bağlantı iletkeninin direnci A Transformatörün gücüne bağlı bir sabit olup 2MVA 15MVA 40MVA S TN S S TN TN 14MVA... A 39MVA... A 70MVA... A değerlerini alır. Örnek S T 50MVA A 16 Kullanılan akım transformatörleri I I P1 P2 600 A... U 3000 A... U kv... I 11kV... I S1 S 2 1A 1A TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -122-

126 Transformatörlerde Toprak Hata Koruması Faz iletkeni ve toprak arasında izolasyon bozulması nedeniyle nötrü doğrudan topraklı veya düşük empedans üzerinden topraklanmış yüksek ve orta gerilim sistemlerinde büyük değerlerde toprak hata akımları meydana gelir. Ayrıca transformatör sargıları ile transformatörün demir çekirdeği veya tankı arasında izolasyon bozulması nedeniyle sargılar ve demir çekirdekte ağır hasarlara neden olacak büyüklükte toprak hat akımları meydana gelir. Bununla beraber yüksek gaz çıkışı taransformatörün hasarlanmasına neden olacaktır. Güç transformatörlerinin sargılarındaki toprak hatalarının hızlı ve hassas bir şekilde algılanması, nötrü doğrudan veya düşük değerli empedans üzerinden topraklı sistemlerde gerçekleştirilebilir. Ancak söz konusu akımların koruma sistemi tarafından açtırma süresi boyunca hasarları ortadan kaldırmak veya azaltmak için toprak hata akımlarının sınırlandırılması gerekir. Yapılabilecek işlem, güç transformatörlerinin sargılarının yıldız bağlanması durumunda yıldız noktasını toprağa direnç veya yıldız noktası transformatörü bağlayarak, bunun sekonder sargı çıkışlarına direnç bağlamak suretiyle ve sargıları üçgen bağlanan transformatörlerde ise ayrı bir topraklama transformatörü kullanarak, bunun yıldız noktasını direnç üzerinden topraklamaktır. Sınırlandırılmış toprak hata koruması bir ünite koruması gibidir ve transformatörün sargılarını toprak hatalarına karşı korur. Transformatörün diferansiyel koruması aşağıda belirtilen hata durumlarında yeterli değildir. Empedans üzerinden topraklanmış transformatörlerde, sargı toprak hatalarında. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -123-

127 Nötrü doğrudan topraklanmış transformatörlerda sargıdaki toprak hata yeri yıldız noktasına yakın olduğunda. Her iki hata tipinde de sınırlandırılmış toprak hata koruması transformatör sargıları için en hızlı ve en hassas koruma şeklidir. Toprak hata koruma sistemi aşağıda belirtilen nedenlerden etkilenmeyecek yapıda ve ayarda olmalıdır. Mıknatıslanma darbe akımları Aşırı uyarma mıknatıslama akımları Yükte kademe değiştirici Toprak temassız iç ve dış faz hataları Simetrik aşırı yüklenme durumu Toprak Hata Akımının Büyüklüğü Transformatör sargılarında toprak hata akımının büyüklüğü sadece kaynak empedansı ve nötr toprak empedansı tarafından belirlenmez; bunların yanında güç transformatörünün kaçak reaktansı ve sargı üzerindeki hata yeri ve pozisyonüna göre ortaya çıkan tam sistem gerilim değerinden daha küçük değerde meydana gelen hata gerilimi de toprak hata akımının büyüklüğüne etki eder. Transformatörün üçgen sargı tertibinde toprak hatası, sargı terminallerinde oldu ise; toprak hata akımı maksimum değer alacaktır. Bu durumda toprak hata akımının maksimum değeri güç şebekesinin topraklama tipine bağlı olacaktır.üçgen tertip sargılarda toprak hatasının, sargının orta yerinde olması durumunda toprak hata akımının değeri minimum olacak ve bu değer maksimum toprak hata akımının %50 si kadar olacaktır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -124-

128 Nötrü doğrudan topraklı transformatörün yıldız sargı tertibinde sargı terminallerinde toprak hatasında, toprak hata akımı, maksimum değer alacaktır. Toprak hata akımının değeri, yıldız noktasına yakın hatalarda hızla azalacak ve yıldız noktasında meydana gelen toprak hatasında değeri sıfıra yakın olacaktır. Şekil 9.69 İç toprak hatasında toprak hata akımının dağılımı Nötrü düşük empedans üzerinden topraklı transformatörün yıldız sargı tertibinde sargı terminallerinde meydana gelecek toprak hatasında toprak hata değeri maksimum olcaktır.toprak hata akımının maksimum değeri nötre bağlanan topraklama empedansının değeri ile sınırlandırılır. Toprak hatası yeri yıldız noktasına kaydıkca azalacak ve yıldız noktasında TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -125-

129 meydana gelen toprak hatasında hata akımının değeri sıfıra yakın olacaktır. Şekil 9.70: Dış toprak hatasında toprak hata akımının dağılımı Transformatörün sargılarının yıldız tertiplenmesi durumunda iç ve dış toprak hatası durumlarına ait toprak hata akımı dağılımı yukardaki şekillerde gösterilmektedir. Diferansiyel korumada olduğu gibi toprak hata koruması da bias akımları ve diferansiyel akımları hesap eder. Diferansiyel akım transformatörün terminalindeki rezidüel akımla nötr akımı arasındaki vektöryel farka eşittir. Bias akım ise toprak hata koruması tarafından en yüksek dört akım (3-fazlı kısa devre akımları ve nötr akım) TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -126-

130 kullanarak hesap edilir. Toprak hata koruması aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi sadece bir adet bias işletme karakteristiğine sahiptir. Şekil 9.71.Sınırlandırılmış toprak hata korumasının işletme-bias Karakteristiği Bias akım I 1. 2 I P I S I P Transformatörün primer akımı I S Transformatörün sekonder akımı I N Transformatörün nominal akımı pu olarak bias akımı = I I N TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -127-

131 Transformatör Termik Aşırı Yük Koruması Transformatörün faz iletkeninin izolasyonu sargılardaki sıcaklık dizayn sınır değerlerinin üzerine çıkarsa hızla eskir. Isı transformatörün 2 I.R ifadesiyle verilen ve ısıya dönüşen aktif kayıpları nedeniyle yükselir. Sıcaklık artışları aşagıdaki şekilde gösterildiği gibi zamanın fonksiyonu olarak gelişir. Şekil Gaz etkisiyle çalışan röleler Kötü bağlantıların ve sac paket yalıtım bozukluklarının, yerel ısınmalar doğurmaktadır. Transformatör yağı C sıcaklıkta ayrışarak gaz ortaya çıkarması bu durumu tespit eden rölelerin imal edilmesini sağlamıştır. Buchholz Rölesi Transformatörün içinde bir arıza yavaşca ortaya çıkarsa yerel ısınmalar meydana gelerek katı ve sıvı malzemeleri ayrıştırması sonucu yanıcı gazlar meydana getirir. Buchholz rölesinde belirli bir miktar gaz biriktiğinde TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -128-

132 alarm sistemi çalışır. Rölede toplanan gazın analizi arıza cinsi ve yeri hakkında bir göstergedir. Toplanan gazın cinsi hidrojen ve asetilense yapı parçaları ve yağda ark, hidrojen asetilen ve metan ise pertinaks yalıtımında bozulma sonucu ark (örneğin kademe değiştiricide), hidrojen, asetilen ve etilen ise sac paket bağlantılarında sıcak nokta,hidrojen astilen ve propilen ise sargılarda sıcak nokta olduğu sonucuna varılır. Buchholz rölesi ile bulunan diğer arızada demir çekirdekte meydana gelen akımların kendilerine yol bulmaları ile demir parçalar arasında ark oluşmasıdır. Bu çeşit arklar, demirin hasara uğramasına sebep olduğu gibi yağın ağırlaşıp çamurlaşmasına da yol açar. Şekil TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -129-

133 Transformatör ilk servise girdiği zaman, eğer yağ doldurulması sırasında yeterli vakum uygulanmamış ise, sargılar arasında sıkışan hava, Buchholz rölesinde toplanarak yanlış açmalara sebep olur. Eğer toplanan gaz yanıcı değilse rölenin yanlış açtığı kanaatine varılır. Yağ içinde bir sargı arızası olursa ark, çok hızlı bir şekilde gaz üretir. Üretilen bu gaz, yağ içerisinde bir yürüyen dalga oluşturur. Buchholz rölesi alt kontaklarının bağlı olduğu klape bu dalgadan etkilenerek açma kumandası verir. Buchholz rölesinde alt klape ayrıca şamandra ile donatılmıştır. Bu şamandra yağın birden akıp gitmesi halinde açma yaptıracağı gibi, yağ pompalsrının çalışmasında ortaya çıkan yağ dalgalarının amortize edilmesine de yardımcı olur. Ani Basınç Rölesi Yağ genişleme kazanı yerine azot gazından gaz yastığı olan hermetik transformatörlerda Buchholz rölesi kullanmak imkansız olduğu için yağ kazanına monte edilen ve basıncın artma hızı esasına göre çalışan ani basınç röleleri kullanılır. Diyaframın iki tarafındaki basınç, alttaki delik ile eşit hale getirilmiştir. Ani basınç artmasında diyaframa gelen darbe etkisi ile kontaklar kapanır. Burada etkili olan yağ basıncı değil basıncın artma hızıdır. Şekildeki rölede diyafram transformatördan metal körük ile ayrılmış ve silikon yağı içerisine yerleştirilmiştir. Böylece elde edilen sistem basınç yükselmesi ile ters orantılı bir açma karakteristiğine sahiptir. Bu karakteristik ile mekanik darbeler halinde yanlış açmalar önlenmiş olur. Bu koruma üniteleri bakım şartları göz önüne alınarak kazanın alt bölümüne yerleştirilmiştir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -130-

134 Gaz etkisi ile çalışan rölelerde ortaya çıkan problemler. Civa kontakların çok hassas ayar edilmesi halinde boruya yapılan mekanik darbeler,yer sarsıntısı kademe değiştirici çalışması ve büyük dış arızalarda, ayrıca manyetik akımın sebep olduğu titreşimler yanlış açmalara neden olabilir. Buchholz rölesinde en küçük çalışma süresi 0,1 saniye ve ortalama 0,25 saniyedir. Bazı haller için bu süre yavaş sayılır.ani basınç röleleri sadece büyük arızalarda Buchholz rölesinden daha hızlıdır Transformatör Korumaları ile ilgili Örnekler Şekil TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -131-

135 Şekil Yüksek Güçlü OG/AG Transformatör koruması Şekil Düşük güçte YG/OG transformatör koruması TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -132-

136 Şekil Yüksek güçlü YG/OG transformatör koruması TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -133-

137 9.8 Jeneratör Koruması Jeneratörlar yüksek yük faktöründe anormal çalışma şartlarının belirlenen miktarlarına izin verilecek şekilde, uzun yıllar işletmede kalması dikkate alınarak; yani yüksek yük faktörleri göz önüne alınarak dizayn edilir. Jeneratörü tahrik eden makina, jeneratör ve yardımcı elemanları anormal şartların bozucu etkilerini minimuma indirmek veya korumak korumak için sürekli izlenirler. İzlemeye rağmen elektrik ve mekanik hatalar meydana gelir ve jeneratör sistemi koruma röleleri vasıtasıyla korunur. Hata meydana geldiğinde makina sistemden ayrılır ve eğer gerekli ise durdurulur. Koruma röleleri aşağıda belirtilen genel ortak özelliklere sahip olmalıdır. Montajda ve bağlantılarda geniş esnekliğe sahip olması gerekir. Böylece kullanıcı için çıkış fonksiyonlarının sayısında ve diğer röle bağlantıları için uygunluk sağlanır. Açtırma ve dış sinyalizasyon için yeterli ve gerekli kontak sayısına ve özelliklerine sahip olmalıdır. Modifikasyonun ve ilavelerin kolaylıkla yapılabilmesine imkan sağlamalıdır. Ölçü devrelerinde akım transformatörünün yükünün ve satürasyonunun azaltilması için düşük tüketim değerine sahip olmalıdır. Bunun için en uygun olanı mikro prosesörler ve elektronik rölelerdir. Bakım testleri için test sistemi basit olmalıdır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -134-

138 Yedek parça adedi diğer koruma röleleri ile aynı tipte olmalıdır. Bu nedenle bir istasyonda aynı tipten koruma rölelerinin tesis edilmesi tesis işletme sürekliliği açısından çok önemlidir. Açtırma röleleri koruma röleleri gibi gerekli sayıda boş kontağa sahip olmalıdır. Manyetik tutuculu kilitleme röleleri elektriksel veya elle resetleme sistemine sahip olmalıdır. Eğer herbir koruma rölesi ayrı bir açtırma rölesi ile donatılmışsa koruma şemaları buna göre düzelltilmelidir. Her bir koruma rölesi, başlama, açtırma, hatalı fazı bildiren ikazlarla donatılmalıdır. Dış fonksiyonlar için yeterli sayıda boş kontaklara sahip olmalıdır Jeneratör ve Jeneratör-Transformatör Üniteleri için Koruma Röleleri Strator toprak hata koruması Şekil 9.78: Stator toprak hata koruması TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -135-

139 Bir çok ülkede yapılan ortak uygulama jeneratörün nötrü toprağa maksimum toprak akımı 5-10 Amper olacak şekilde direnç üzerinden bağlanır. 1A den daha küçük toprak hata akımı meydana getirecek söndürme bobini üzerinden de topraklanabilir. Her iki durumda da aralıklı toprak hatası esnasında stator sisteminde meydana gelebilecek transiyen gerilimler kabul edilebilir sınırlar içinde olmalıdır ve birkaç saniye içinde açılan toprak hataları, stator çekirdeği levhalarında ihmal edilebilir zaralara sebep olurlar. Jeneratör topraklama direnci normal olarak yüksek gerilim tarafında bir toprak hatası halinde ünite transformatörünun yüksek gerilim tarafından transfer edilen nötr gerilimini jeneratör nominal faz geriliminin%2-3 değerinde sınırlandırır. Stator sargı olukları ve stator çekirdeği arasındaki kısa devreler jeneratörlerde sıklıkla yaşanan ortak hatalardır. Hata genellikle mekanik, izolasyon malzemesinde termik hasarlanmalar veya stator çekirdeği üzerindeki antikorona boyası üzerindeki hasarlar nedeniyle başlar. Normal olarak algılanması çok zor olan sarım hataları çok çabuk olarak toprak hatasına dönüşür ve stator toprak hatası koruması vasıtasıyla devre dışı edilir. Mekanik hasarların sebep olduğu toprak hataları jeneratör nötrünün yakınlarında meydana gelir. %95 Stator toprak hata koruması Birçok ülkede maksimum toprak hata akımı 5-10 Amper olacak şekilde jeneratörün nötrü direnç üzerinden topraklanır. Toprak hata akımını 1 Amperden aşağı değerde tutan söndürme bobini üzerinden de jeneratörün nötrü topraklanır. Her iki durumda da fasılalı toprak hatalarında stator sistemindeki transiyen gerilimler standartların belirlediği sınırlar içinde tutulur ve çok kısa bir sürede giderilen toprak hatasında stator çekirdeğinin levhalarında ihmal edilebilir seviyede küçük hasarlar meydana gelir.yüksek gerilim tarafında meydana gelebilecek TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -136-

140 ünite transformatörünün yüksek gerilim tarafından transfer edilecek nötr gerilimini jeneratör nominal faz gerilimini %2-3 değerinde jeneratör topraklama direnci sınırlandırır. Şekil 9.79: Stator demir çekirdeğinde ve stator oluklarındaki sargılar arasındaki kısa devre, jeneratörde en fazla sıklıkla meydana gelen ve algılanması zor olan ortak elektriksel hatalardandır. Hata normal olarak izolasyonda termik ve ya mekanik hasarlarla başlar ve hemen toprak hatasına dönüşür sonuçta stator toprak hatası, koruma sistemi vasıtasıyla devre dışı edilir ve TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -137-

141 durdurulur. Mekanik hasarların sebep olduğu toprak hataları jeneratör nötrnün yakınında oluşabilir. %100 Stator toprak hata koruması Şekil 9.80: Jeneratör çalışırken ve nötr yakınlarında herhangi bir toprak hatası bulunmadığında 3. harmonik rölesi (2) ve gerilim kontrol rölesi (4) aktif durumda olup (b) kontağı açıktır. Jeneratör nötrüne yakın yerde bir toprak hatası meydana geldiğinde 3. harmonik gerilim rölesinin (b) kontağı kapanır, alarm verir veya açtırma yapar. Gerilim kontrol rölesi jeneratör TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -138-

142 durduğunda veya makina çalışırken veya yavaşlarken %100 rölesinin hatalı çalışmasını önler. Doğrudan dağıtım baralarına bağlanan jeneratörlerde seçici stator toprak hata koruması, nötr noktası gerilim rölesi kullanılarak gerçekleştirilemez Yönsüz toprak hata akımı rölesi Şekil 9.81: Yönsüz toprak hata akımı rölesi TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -139-

143 Akım birçok durumlarda 1-2 Amper değeri gibi primer işletme akımında toprak hata rölesini seçer ve düşük yüklenme kullanılarak koruma sağlanabilir. Dış hatalara ve faz kısa devrelerinde güvenilir röle stabilitesini sağlamak için nötr gerilimi (3) kontrol ve empedans (2) veya jeneratör aşırı akım rölesinin kontağı sisteme dahil edilir. Gecikme tipik olarak 0,3-0,5 saniye olacaktır. Makinanın nötrüne bir topraklama direnci yerleştirilmişse, Rezidüel bağlantılı akım transformatörlerile aynı tipte ve aynı çevirme oranında bir akım transformatörü(5) jeneratörun nötrünü endükleyici olarak mutlaka bağlanmalıdır. Bir ortak topraklama direnci (Alternatif 1) bağlanması birden fazla makina baraya bağlanmışsa tavsiye edilir Yönlü toprak hata rölesi Şekil 9.82: Yönlü toprak hata akımı rölesi TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -140-

144 Yönlü aşırı akım rölesi rezidüel bağlı akım transformatörüne nötr noktası gerilimi polarize edilmiş gerilim transformatörlerine bağlanmış olup jeneratör için seçici toprak hata koruması sağlanmıştır. Röle makinada oluşacak bir toprak hatası halinde baradan jeneratöre akan toprak hata akımının kapasitif veya aktif (rezistif) bileşeninde çalışacak şekilde ayarlanır. Dış toprak hatası halinde röle hat-toprak kaçak kapasitanslarının neden olduğu kapasitif akımlardan ve nötr noktası direnci üzerinden geçen rezistif akımlardan dolayı aktif hale geçmez Faz kısa devre koruması Jeneratör teminalleri arasında veya stator sargılarının fazları arasında kısa devre meydana geldiğinde hasarı sınırlandırmak için makina süratle şebekeden ayrılır ve tamamen kapatılır. Ünite transformatörlerinde veya ünite transformatörlerinin yüksek gerilim faz sargılarında faz kısa devrelerinin meydana gelmesi durumunda jeneratör ünitesi süratle şebekeden ayrılır. İstatistikler göstermiştir ki jeneratör veya jeneratör-transformatör ünitelerinde faz kısa devre hataları nadiren meydana gelir. Bu tip hatalara karşı korumada bilinen teknik 5-10 MVA gücünden büyük jeneratörler için diferansiyel röleler vasıtasıyla korumadır. Yedek veya geri koruma olarak empedans rölesinin bir tipi veya aşırı akım tetiklemeli düşük gerilim rölesi kullanılır. Diferansiyel korumasız küçük üniteler de empedans rölesi veya gerilim/akım röleleri ana koruma için kullanılır. Aşırı akım röleleri sürekli hata akımının yeteri kadar yüksekse emniyetli bir işletme için kullanılabilir Jeneratörün diferansiyel koruması Modern jeneratörlarde kısa devre akımında doğru akım bileşenin zaman sabiti büyüktür ve tipik olarak 200 mili saniyeden çok daha fazladır. Dış TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -141-

145 kısa devrelerın meydana gelmesi durumunda akım tranformatörlerinin satürasyon olma riski ortaya çıkar. Akım transformatörü fazla satürasyona uğrasa bile jeneratör diferansiyel rölesinin stabil kalması çok önemlidir. Şekil 9.83: Yüksek empedans ölçüm prensibi Küçük ve orta güçlü jeneratörler için diferansiyel rölenin yüksek empedans stabilize tipi kullanılmalıdır. 250 veya 300 MVA gücünden daha fazla güce sahip transformatörlerde oransal (%) stabilize orta empedans tipi diferansiyel röle kullanılır. Her iki tip de dış kısa durumunda hızlı işleyen yüksek hassasiyette akım transformatörü tam satüre olsa dahi tamamen stabil rölelerdir. Jeneratörün üzerindeki ve hat tarafındaki akım transformatörleri aynı sarım oranlarında ve aynı mıknatıslama karakteristiklerinde olacaktır. Normal işletme şartlarında ve dış anahtarlarda satüre olmamış akım transformatörlerinde U re röle ölçü devresi boyunca gerilim ihmal edilir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -142-

146 Dış akım hatası meydana geldiğinde akım transformatörlerinden birisi diğerine göre daha fazla satüre olabilir. En kötü durum eğer akım transformatörlerinden birisi tamamen satüre olması diğerinin ise satüre olmadığı durumlarda meydana gelir. Röle boyunca maksimum gerilim, U I. R R max S CT L olacaktır. I S Simetrik subtransiyen kısa devre akımı R L Akım transformatörü ve röle arasındaki bağlantı hattının direnci R L Satüre olan akım transformatörünün sekonder sargısının direnci Röle işletme gerilimi U max değerinden daha yüksek bir değere ayarlanır. Minimum işletme akımı ise röle gerilim ayar değerine akım tranformatörlerinin akım oranına ve mıknatıslama karakteristiklerine bağlıdır. İç hata için, röle çalışma akımına eşit veya daha yukarı değerde hata akımında röle boyunca gerilim akım transformatörünün tam satürasyon gerilimine ulaşmalıdır. Şekil 9.84: Jeneratör diferansiyel koruma prensip diyagramı TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -143-

147 d R ve ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I çalışırlar. Eğer S R röleleri iç hata halinde 1ms den daha kısa bir zamanda d R ve S R rölerinin çalışması 0.4 ms den daha uzun sürede olursa bu durumda emniyet açısından 1) ile gösterilen darbe rölesi çalışır ve bundan dolayı iç hata halinde akım transformatörünün satüre olmasının etkisi kaldırılmış olur. Röle minimum çalışma akımı jeneratör nominal akımının %3 den aşağı değere ayarlanır. Dış hata halinde akım transformatörleri satüre olursa, diferansiyel devrede belirli değerde I d akımı akar. I I d T 3 oranının ayarlanan stabilite sınırının altında (normal olarak %20) röle stabil kalır. I d oranı satüre olmuş akım transformatörlü devrenin direncinin I T 3 diferansiyel devredeki dirence oranı olarak belirlenir Jeneratör Koruması için tavsiye edilen ayar değerleri Aşırı yüklenme koruması Aşırı yük koruması ANSI 51, ayar şekli ters zamanlı aşırı yük açtırma eğrisi Termal aşırı yük ANSI 49RMS, ayar şekli Jeneratörün işletme karakteristiğine göre maksimum kapasite kullanımı nominal kapasitenin % RTD koruması, ANSI 49T, jeneratörün izolasyon termal sınıfına bağlı 15. Bölümde daha detaylı irdelenmektedir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -144-

148 9.9. Motor Koruması Termik Koruma ANSI 49 motor koruması çok önemli bir koruma fonksiyonudur. Motorun ve motor izolasyonun sıcaklığı motorun çalışma ömrünü belirler. Küçük güçlü motorlarda termik aşırı akım röleleri ile bu fonksiyon sağlanır. Büyük motorlarda ise sargılardaki sıcaklıkların algılanması için stator sargılarına yerleştirilen direnç sıcaklık algılayıcıları RTD [:Resistance Temperature Detector] ile doğrudan algılanır Rotor Blokaj Koruması Termik korumaya çok yakın bir korumadır. Rotor blokaj koruması aşırı akım korumasında kullanılan rölelerin aynısı kullanılarak sağlanır. Motor devreye alındığında motor yüksek değerde yol alma akımı çektiğinden motorun ve motorun sargılarında önemli derecede sıcaklık artışları olur. Motor hızlandıkça yol alma akımı motorun nominal akım değerine doğru azalır. Eğer motorun rotoru sıkışma veya herhangi bir nedenle hızlanamazsa rotor blokaj akımı çekilmeye devam eder ve bu durumda motor devreden ayrılmazsa motorda kalıcı hasarlanma ortaya çıkar veya motor tahrip olur. İmalatçılar imal edilen motorların yol alma akımı yani rotor blokaj akımı maksimum süresini kataloglarında belirler. Büyük motorlarda rotor blokaj koruması, özel aşırı akım zaman röleleri ile gerçekleştirilir Aşırı Akım Korumaları Gücü 250 BG den düşük motorlarda aşırı akım korumaları ANSI 50/51 genellikle motor devre koruyucuları veya sigortalarla sağlanır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -145-

149 Toprak Hata Korumaları ANSI 50GS ise nötrü direkt direkt olarak topraklanmış şebekelerde kesici üzerinden nötrü yüksek direnç üzerinden topraklanmış şebekelerde ise toprak hata algılayıcıları tarafından gerçekleştirilir. Yüksek güçlü OG motorlarında aşırı akım hata koruması ANSI 50/51 genellikle faz aşırı akım zaman röleleri veya ani aşırı akım röleleri tarafından kesiciye açtırma yaptırılarak sağlanır. Toprak hata koruması için büyük motorlarda koruma sisteminin nötrü düşük direnç üzerinden topraklanan sistemlerde ANSI 50G koruma fonksiyonlu toprak hata rölesi ile donatılması tavsiye olunur Düşük Gerilim Koruması Şebekedeki düşük gerilimler sürekli çalışma şartlarında motorlardan yüksek akımların akmasına sebep olur. Düşük gerilim koruması fonksiyonlu ANSI 27 düşük gerilim röleleri gerilimin belirlenen seviyenin altına düşmesi veya gerilimin kesilmesi halinde motoru besleme şebekesinden ayırır. Aşırı Gerilim Koruması Açma-kapama işlemleri esnasında meydana gelen veya yıldırımdan dolayı motorun izolasyonuna hasar verebilecek kadar büyüklükte olan gerilim darbelerine karşı motorlar parafudrlarla korunurlar Motorun Diferansiyel Koruması Bu koruma motor sargılarının birbirine veya gövdesine karşı oluşan iç hatalar ve toprak hatalarına karşı hızlı ve etkili korumadır. Diferansiyel koruma ANSI 87M fonsiyonuna sahip diferansiyel röle motorun her bir TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -146-

150 sargısına giden akımı karşılaştırarak akımlar arası fark belirlenen değerin üstünne çıktığında motoru devreden çıkarır Akım Dengesizliği Koruması ANSI 46 Eğer hata akımları arasındaki fark belirlenen değerin üstüne çıktığında motoru devreden ayıran koruma şeklidir. Gerilim dengesizliğinden kaynaklanan dengesiz akımlar motorda yüksüz halde bile ciddi ısınmalara yol açar Motorda Meydana Gelebilecek Hata Tipleri Tahrik edilen makinanın yüklemesinden dolayı meydana gelen hatalar Aşırı yükler: eğer aşırı yüklenmeden dolayı güç çekişi nominal güçten daha büyük olursa motordan çekilen aşırı akım ve kayıpların artmasından dolayı motorun ve motor sargılarının sıcaklıklarında yükselme meydana gelir. Yol alma süresinin aşırı fazla olması ve yol verme sıklığının gereğinden fazla olması: motorlar yol alırken belli bir süre akmasına izin verilen önemli büyüklükte aşırı akımlar çekerler. Tahrik edilen makinanın yüklenme momentine göre yetersiz momente sahip motordan dolayı yol alma süresi çok uzun olursa veya motora sık sık yol verilirse, sakınılması şart olan yüksek aşırı ısınmalar meydana gelir. Rotor Blokajı: motorun tahrik ettiği makinanın blokajından dolayı dönme ani olarak durursa motor yol alma akımı çeker ve sıfır hızda bloke edilmiş olarak durur. Hiç bir şekilde motorun TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -147-

151 soğutmasını sağlayacak havalandırma olmadığından aşırı ısınma çok çabuk meydana gelir Besleme Sistemi Hataları Beslemenin kesilmesi: motoru tahrik ettiği makinanın ataleti yüksek olduğu zaman motorun jeneratör gibi çalışmasına sebep olur. Gerilim çökmesi: motorun momentini ve hızını azaltır, akımın ve kayıpların artmasına ve sonuçta anormal ısı artışlarına sebep olur. Dengesizlik: 3-fazlı şebekede dengesizlik aşağida belirtilen sebeplerden dolayı meydana gelir. 1. Transformatör ve jeneratör gibi 3-fazlı kaynaklardan simetrik 3-fazlı gerilim elde edilememesi 2. Diğer tüketicilerden dolayı simetrik yüklenmenin sağlanaması ve buna bağlı olarak güç temin sisteminde dengesizliğin meydana gelmesi 3. Fazlardan birindeki sigortanın atmasından dolayı motorun iki faz tarafından beslenmesi 4. Motorun dönüş yönü değiştirilirken fazlardan biriniin ters edilmesi gibi... Güç temin sistemindeki dengesizlik kayıpların çok yükselmesine ve buna bağlı olarak rotorun hızlı aşırı ısınmasına sebep olan negatif bileşen akımlarını meydana getirir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -148-

152 9.10. Motorun İç Hataları Faz faz kısa devreleri: Subtransiyent Akım ve Koruma ayarları Motor un yol alma esnasındaki subtransiyent akımın tepe değeri çok yüksek değerlere çıkar. Tipik değer olarak motor nominal akımının katına ulaşır.bazen bu değer, motor nominal akımının 25 katına ulaşabilir. Ancak bu değer, hiçbir zaman motorun bağlantı terminallerinde meydana gelebilecek sübtransiyen kısa devre akımının tepe değerini aşamaz. Bu nedenle motorlara yol vermede kullanılan kontaktör ve termik röleler, çok yüksek subtransiyen akım tepe değerine örneğin motorun nominal akım RMS değerinin 20 katına dayanabilecek kapasitede olmalıdır. Yol verme esnasında aşırı akım kısa devre koruma cihazlarında beklenmeyen açma kumandaları görülürse yol alma akımları normal sınırların üzerinde bir değeri haizdir. Ancak yukarda da açıklandığı gibi sübtransiyen akım, motorun terminallerinde meydana gelebilecek subtransiyen kısa devre akımının tepe değerini aşamayacağından istenmeyen açtırmaları önlemek amacıyla motora ait ve motorun bağlandığı sistemin diğer bölümlerindeki aşırı akım kısa devre koruma cihazlarının açtırma eşik değerleri bu tepe değerlerin üzerinde bir değere ayarlanır. Ayrıca sistemin çalışma ömrü de göz önüne alınarak söz konusu akımların neden olduğu çabuk eskimeyi ve tahribatları önlemek amacıyla yol verme elemanlarının meydana gelebilecek sübtransiyen akımın tepe değerine göre boyutlandırılması ve seçilmesi şarttır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -149-

153 Aşırı Gerilimlere Karşı Koruma Aşırı Gerilimler Aşırı gerilimler 3-tipdir. Geçici Devreye girme esnasında meydana gelen aşırı gerilimler Yıldırıma bağlı aşırı gerilimler Geçici aşırı gerilimler Çeşitli orjinleri vardır. İzolasyon hatası; nötrü izole ve nötrü empedans veya direnç üzerinden topraklanan şebekelerde faz ile toprak arasında bir izolasyon hatası meydana geldiğinde sağlam fazların toprağa karşı gerilimi faz arasıdeğere çıkar. Ferrorezonans Nötr iletkeninin kopması Generatör gereilim regülatöründe veya transformatörün kademe değiştiricilerinde meydana gelen arızalar. Reaktif gücün aşırı kompanzasyonu Devreye girme aşırı gerilimleri Aşağıda belirtilen şekilde çeşitleri vardır. Normal yükte devreye girme aşırı gerilimleri TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -150-

154 Düşük endüktif akımların devreye sokulup çıkartılması esnasında meydana gelen aşırı gerilimler Yüksüz hatlar ve kabloların devreye alınması sırasında meydana gelen aşırı gerilimler Yıldırım aşırı gerilimleri Fırtınalı havalarda oluşan doğal bir olaydır. Gerilim değişimleri ve oynamaları: Nominal gerilimin %10 dan küçük büyüklüklerde gerilimin efektif değerinin değişmesidir. Gerilim oynamaları ise gerilim zarfının içindeki gerilim değişimleridir Motordaki Hatalar. Stator ve rotor sargı hatası Bir elektrik motorunda stator sargısı vernikle izolasyonu yapılmış bakır iletkenlerden meydana gelmiştir. Sargı izolasyonunda oluşan bozulma faztoprak, faz arası-toprak fazlar arası sürekli kısa devreye yol açar. Şekil Stator sargılarında meydana gelen izolasyon hatası TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -151-

155 Şekil 9.85 deki hata yüzeysel elektrik deşarjlarına ve gerilim darbelerine, termik ve mekanik etkilere vibrasyona yol açar. İzolasyon hataları rotor sargılarında da aynı sonuçları meydana getirir. Motor sargılarındaki hataların ortak nedeni aşırı ısınmadır. Sargılardaki güç dalgasının yol açtığı aşırı yüklenmeden dolayı motor sıcaklığında bir yükselme meydana gelir. Şekil 9.86 birçok imalatçının ürettiği motorlardaki izolasyon direncinin sıcaklıga göre değişimini göstermektedir. Sıcaklık arttığında, sargı izolasyon direnci azalacaktır. Motor sargılarının ömrü böylece çok kısalacaktır. Şekil İşletmeye bağlı olarak motor sargılarının ömrü Bu nedenle aşırı yüke karşı koruma yapmak motor sargı izolasyonun yıpranmasını önlemek açısından zorunludur. Şekil İzolasyon direncinin sıcaklığa göre değişimi TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -152-

156 9.11. Motorlarda Dış Etkilerin Neden Olduğu Hatalar Motor beslemesi ile ilgili hatalar. Gerilim Darbeleri Gerilim girişi standartlarda belirlenen tepe değerini aşması durumuna gerilim darbesi denir. Geçici veya kalıcı aşırı gerilim (şekil 9.88) farklı orjinlere sahiptir. - atmosferik (yıldırım) - elektrostatik deşarj - Aynı kaynaga bağlanan diğer alıcılar Şekil Gerilim darbesi TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -153-

157 Tablo 9.3. Dış hatalar Gerilim darbeleri çoğunlukla motorların tahrip olmasına yol açar. Fazlarda dengesizlik 3-fazlı sistem, 3 faz gerilimlerin büyüklüğü eşit değilse veya faz açıları den farklı ise dengesiz bir sistemdir. Dengesizlik (Şekil 9.89) motorlarda bir fazın açılması veya besleme sisteminde olan dengesiz yüklenme veya dengesiz empedanslar sonucu ortaya çıkar Şekil faz dengesiz gerilimler. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -154-

158 Dengesizlik aşağıda verilen eşitlikten yaklaşık olarak hesap edilebilir. Dengesizli k. U MAX ORT % 100 veya U U ORT Dengesizli k % 100. U ORT U U ORT MIN U MAX En yüksek gerilim U MIN En düşük gerilim U ORT U 1 U 2 U faz gerilimlerin ortalama değerleri Besleme sistemi gerilimlerindeki dengesizl,ik sonucunda aynı moment değeri için akım artısı meydana gelir ve motorda aşırı ısınmaya yol açar. Tablo 9.4. Motor işletme karakteristiği üzerinde gerilm dengesizliğinin etkisi IEC gerilim dengesizliğinde motor azaltma faktörü için şekil 9.90 da verilen azaltma faktörlerini belirlemiştir. Bu dengesizlik, boyutları TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -155-

159 dikkate alınarak aşağıdaki şekilde verilen azaltma faktörlerine göre motorların aşırı boyutlandırılması gerekebilir. Şekil Besleme sistemindeki dengesizliğe göre motor gücündeki azalma faktörü Gerilim düşümü ve kesilmesi Gerilim düşümü (şekil 9.91) besleme noktasında gerilimin aniden kaybolmasıdır. Şekil Gerilim düşümü ve kısa süreli gerilim kesilmesi TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -156-

160 Gerilim düşümleri EN50160 standartında 50 Hz,10ms den 1 dakika süre ile nominal gerilimin %1 ila %90 ı arasında sınırlandırmıştır. Benzer standartlarda kısa süreli kesilme 3 dakikadan az olmak üzere nominal gerilimin %90 nının kaybolması olarak açıklanmıştır. Mikro seviyede gerilim düşümü ve kesilmesi mili saniyeler mertebesinde olan kesilmelerdir. Gerilim değişimlerine transformatörlerin enerjilendirilmesi ve yüksek değerli motorların bağlanması gibi dış kaynaklı davranışlar neden olmaktadır. Asenkron motorlar üzerine etkileri Gerilim düşümleri meydana geldiğinde, asenkron motorda moment gerilim düşümünün karesi ile orantılı olarak aniden düşer ve gerilim düşümünün miktarına ve süresine, döner kütlelerin ataletine ve tahrik edilen makinanın moment hız karalteristiğine bağlı olarak motor hızında azalmaya yol açar. Eğer motor momentinin değeri yük momentinin değerinin altına düşerse motor durur. Kesilmeden sonra, gerilimin düzelmesiyle, yaklaşık yol alma akımı değerinde tekrar hızlanma darbe akımı meydana gelir. Tesis pek çok elektrik motoruna sahipse, tüm motorlarda aynı anda hızlanma olacağından besleme sisteminde çok yüksek değerlerde bir gerilim düşümü meydana gelecektir. Bu ise motorların yeniden hızlanma süresini uzatacak ve aşırı ısınmadan dolayı tesis elemanlarının izolasyonunda yıpranma ve hatta hasarlar meydana gelecektir. Hızlı tekrar enerjilenme (yaklaşık 150 ms) yavaşlayan motorda, motor tarafından oluşturulan rezidüel gerilimle, kaynak gerilimi arasında faz çakışmasına yol açacak ve ilk anda motor yol alma akımının 3 katı darbe akımı meydana gelecektir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -157-

161 Bu gerilim darbeleri ve gerilim düşümleri motorlar üzerinde aşağıda açıklanan etkileri meydana getirecektir. - Sargılarda tahribata yol açan ileri derecede ısınma ve elektrodinamik zorlamalar. - Kaplinler üzerinde anormal mekanik zorlamalar, zayıflama ve çatlaklar. - Aynı zamanda motor kontrol ve kumanda elemanları üzerinde kontak yapışması veya tahribatı gibi zararlara yol açan etkiler de meydana getirirler. Hız kontrollü motorlar üzerine etkileri Hız kontrolleri üzerinde gerilim düşümlerinin neden olduğu problemler : - Motorlar için gerekli gerilimin sağlanamaması bununsonucunda momentte azalma ve motorun hızında azalma meydana gelmesi, - Ana güç kontrol devrelerinde hatalı fonksiyonların meydana gelmesi ve sistemin hatalı çalışması, - Yavaşlamadan dolayı gerilimin eski değerini almasında meydana gelen aşırı akımlar, - Bir faz üzerinde gerilim düşümü meydana geldiğinde oluşan aşırı akımlar ve dengesizlik. Hız kontrollerlerinin ve soft starterlerin ana bağlantı terminal-lerindeki gerilim düşümü, %15 i aştığında hatalı çalışırlar. Harmonikler Harmonikler AC motorlar üzerinde zararlı etkiler meydana getirirler. (Konu ile geniş bilgi için 4. Cilt Güç Kalitesi bölümüne bakınız.) Ana TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -158-

162 besleme kaynağına bağlı lineer olmayan yükler sinüsoidal olmayan akımlar ve gerilim dalgasi üzerinde distorsiyonlar meydana getirirler. Harmonik distorsiyon %5 in üzerinde kirlenme olduğunda problemler meydana getirir. Elektronik güç elemanları besleme kaynağında harmonikler meydana getirir. Eğer elektrik motoru istenen performansta çalışmıyorsa ve hiç bir neden olmadan aşırı ısınıyorsa sistemde kuvvetli olarak 3. harmonik etkisi vardır. Ayrıca harmonikler motorda darbe momentlerinin artmasına ve sonuçta vibrasyonlara ve mekanik yorulmalara yol açar Motor işletmesi sırasında meydana gelen dış hatalar Motorun yol alması: Yol alma süresinin çok uzun olası/sık olarak motora yol verme Motorun nominal hızına ulaşıncaya kadar yol alma süresi gereken miktarda olmalıdır. Yol alma süresi yük momentine, motor momentine ve tahrik sisteminin ataletine bağlıdır (Konu ile ilgili geniş bilgiler 7. Ciltte elektrik motorlu tahrik sistemlerinin boyutlandırılması bölümünde verilmektedir) Motorun kilitlenmesi Motorun kilitlenmesi durumunda yol alma akımıyla aynı olan aşırı akım meydana gelir. Bu durumda ısınma, motorun çalışmamasından dolayı havalandırma olmayacağından çok şiddetli olur. Rotorun sıcaklığı C ye kadar ulaşır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -159-

163 Aşırı yüklenme (aşırı yüklenmeden dolayı motorun değerinden düşük hızda dönmesi) Aşırı yüklü ağır dönen motor ya nominal momentinden fazla yük momenti ile yüklenmiştir veya mortor terminallerine nominal gerilimin %90 nından daha düşük gerilim uygulanmaktadır yani motor terminallerindeki gerim düşümü %10 dan daha fazladır. Akım tüketimindeki ve buna bağlı olarak ısınmadaki artış motorun çalışma ömrünün kısalmasına hatta bu şartlarda uzun süreli işletmede hasarlanmasına neden olur. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -160-

164 9.12 Kısa Devrelere Karşı Koruma Genel Bakış Kısa devre farklı elektrik potansiyelinde olan iki noktanın doğrudan birbiriyle temas etmesidir. - (AC) Alternatif akımda: fazlar arasında temas, faz-toprak veya faz-nötr teması veya sargıların birbiri ile temasıdır. - (DC) Doğru akımda: iki kutubun birbiri ile temas etmesi veya sistemde bir kutup topraklı ise diğer kutubun toprakla temasıdır. Yukarıda sayılan nedenlerden biri meydana geldiğinde verniklenmiş motor sargı izolasyonu şiddetli ısınmadan dolayı sargı izolasyonu ve iletkenleri tahrip olacak motorun manyetik devrelerinde erime meydana gelecektir. Kısa devre mili saniyeler mertebesinde çalışma akımının birkaç yüz katında akımların ortaya çıkmasına neden olur. Kısa devre ekipmanın ağır derecede hasarlanmasına yol açar. Bu davranış iki tip olarak ortaya çıkar, Termal davranış Kısa devrenin akım değerine ve süresine bağlı olarak ortaya çıkan termal etki : - İletken kontaklarında erimeye, - Bi metal termal elemanların tahrip olmasına, - Elektrik arklarının oluşmasına, TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -161-

165 - İzolasyonun yanarak toz haline gelmesi, - Ekipmanda yangın olmasına yol açabilir Elektro dinamik davranış İletkenler arasındaki elektrodinamik davranış, yoğun mekanik zorlamalar meydana getirir: - Motor sargılarındaki iletkenlerin deformasyona uğramasına, - İletkenlerin izolasyon bağlantı noktalarının kopmasına, - Kontaktörlerin kontaklarında itme ve titreşimler ve bu kontakların eriyerek kaynak olmasına neden olur. Bunlar malzeme ve insan hatası üzerinde çok büyük tehlikelere yol açtığı için kısa devreyi algılayan ve akım maksimum değerine ulaşmadan, genel olarak iki tip koruma cihazı kullanılır. Bunlar : - eriyerek devreyi kesen ve hata giderildikten sonra sağlam olan yenisi ile değiştirilen sigortalar, - otomatik ve ani olarak devreyi kesen ve hata giderildikten sonra resetlenerek tekrar kapatılabilen manyetik kesicilerdir. Kısa devre cihazları motor yol vericileri ve kontaktor kesicilerinde olduğu gibi çok fonksiyomlu olarak yapılabilirler. Açıklamalar ve Karakteristikler Kısa devreye karşı koruma cihazlarının ana karakteristikleri : TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -162-

166 - kesme kapasitesi: Verilen gerilim değerinde kısa devre cihazının kesebileceği tahmin edilen akımın en yüksek değeri yani meydana gelebilecek en yüksek kısa devre akımı, - kapama kapasitesi: Belirlenen şartlarda nominal gerilimde koruma cihazının ulaşabileceği en yüksek akım değeridir. Kapama değeri tablo 9.5 de verildiği gibi kesme kapasitesinin k katıdır. Tablo 9.5. IEC ye göre kesiciler için kesme ve kapama kapasiteleri Sigortalar Sigortalar küçük yer kaplamakla beraber yüksek kesme kapasiteli tek fazlı açma yapan koruma cihazlarıdır. Sigortalar: - Sigorta tutucuları üzerine veya - Ayırıcılar üzerine yerleştirilirler. (Şekil 9.92). Sigortalar üzerindeki açma göstergeleri vasıtasıyla hangi faza ait sigortanın eridiği belirlenir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -163-

167 Şekil Sigortalı ayırıcilar Sigortalar motorun yol verme sırasında çekeceği yol verme akımına yol alma süresi boyunca dayanabilecek şekilde seçilmelidir. Sigortalar aşırı yüke karşı koruma için uygun olmayıp (gg sigortalar hariç) mutlaka motor devresine aşırı yük rölesi eklenmelidir. Genelde motorun tam akım değerinin üstünde boyutlandırılırlar Manyetik Kesiciler Bu kesiciler her bir faza yerleştirilen manyetik tetikleyiciler vasıtasıyla çalışan kesme kapasiteleri sınırları içinde koruma yapan cihazlardır. (Şekil 9.93) Şekil Manyetik kesiciler. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -164-

168 Manyetik kesiciler 3-kutuplu açma yapan cihazlar olup fazlardan biri açtırma yaptığında kutupların tamamı açılır. Düşük değerde kısa devre akımlarında kesiciler sigortalardan daha hızlı açma yaparlar. Kısa devrenin uygun bir şekilde kesilmesi için aşağıda açıklanan 3-şartın yerine getirilmesi gerekir. - Hata akımının erken algılanması, - Kontakların hızlı bir şekilde ayrılması, - Kısa devre akımının çabuk söndürülmesi... Motor korumalarında kesicilerin çoğu koruma koordinasyonuna katkı sağlaması için akım sınırlandırma elemanı ile donatılırlar. (Şekil 9.94). Şekil Manyetik kesicinin açtırma eğrileri TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -165-

169 Burada çok kısa kesme süresinde kısa devre akımı maksimum değerine ulaşmadan kesilir. Böylelikle ekipman üzerinde ve bağlantı elemanlarında termal ve manyetik zorlamalar minimuma indirilir Aşırı Yüke Karşı Koruma Genel bakış Aşırı yüklenme motorlarda ortaya çıkan en genel hatadır. Motorun nominal akımın üstünde akım çekmesi ve aşırı ısınmasıyla ortaya çıkar.izolasyon kategorisi normal motor için 40 0 C ortam sıcaklığında belirlenir. İşletme sınırlarının aşılması izolasyon malzemesinde erken yıpranmaya yol açar ve malzemenin çalışma ömrünü kısaltır. Bundan dolayı bu etkileri, sık sık ortaya çıktığı durumlarda zararlı etkileri ortadan kaldırmak için gereken tedbirler alınmalıdır. Aşırı yüke karşı uygun korumayı sağlamak için aşağıda verilen işlemler gereklidir : - Aşırı ısınma şartlarında koruma sağlayarak motorun çalışma ömrünü muhafaza etmek. - Motorun aniden durdurulmasını önleyerek işletme sürekliliğini sağlamak. - Açılmadan sonra gerekli düzenlemeleri yaparak insan ve ekipman için en uygun şartları sağlamak. Gerçek işletme şartları göz önüne alınarak motorun gerçek işletme değerlerini belirlemek ve buna uygun aşırı koruma elemanı ile donatmak gereklidir. Normal şartlar altındaki işletme değerleri imalatçı kataloglarından belirlenir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -166-

170 Tablo 9.6. İşletme şartlarına göre motor gücündeki azaltma faktörleri Gerekli koruma seviyesine bağlı olarak aşırı yük koruması aşağıda açıklanan röleler vasıtasıyla sağlanır: - Aşırı yük, termal (bimetal) veya elektronik röleler, - Her bir faz üzerinden çekilen akımı kontrol ederek yapılan aşırı yük koruması, - Dengesizlik ve faz kaybı koruması, - PTC pozitif sıcaklık katsayılı temistor prop röleleri, - Aşırı moment röleleri, - Çok fonksiyonlu röleler. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -167-

171 Aşırı yük röleleri (termal ve ya elektronik) Genel Bu röleler motoru aşırı yüke veya yüklenmeye karşı korur fakat geçici aşırı yüklenmelerde, yol almalarda açma yapmayıp işletmede sürekliliği sağlamalıdır. Kullanıma bağlı olarak, motor yol alma süresi düşük yol alma başlangıç yüklerinde veya yüksüz yol almalarda birkaç saniyeden, yüksek yük momentli ve yüksek ataletli sistemlerde yarım ile bir dakika mertebeleri arasında olur. Bu nedenle yol alma zamanına göre rölelerin uyumunu sağlamak amacıyla IEC de aşırı yük röleleri tablo 7 de verilen şekilde kategorilere ayrılmıştır. Tablo 9.7: IEC e göre aşırı yük rölelerinin ana kategorileri Röleler motorun nominal akımı ve tahmin edilen yol alma süresi göz önüne alınarak boyutlandırılır. Kullanım sınırları zaman ve nominal akımın çarpımı şeklinde akım ayar değerleri esas alınarak şekil 9.95 de verilmiştir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -168-

172 Elektronik rölelerin haricinde bu röleler, termal hafızaya sahiptir ve - yük ile seri bağlanırlar veya - yüksek güç değerlerinde akım transformatörlerı üzerinden bağlanırlar. Şekil Aşırı yük rölesinin açtırma eğrileri Bi-metal termal aşırı yük rölesi Şekil Bi-metal aşırı yük rölesi ve sembolik gösterilişi TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -169-

173 Bu röleler kontaktöre motoru korumak için bağlanırlar ve uzun aşırı yüklenme durumunda motorları korurlar. Yol alma sırasında herhangi bir açma yapmaksızın motorun çalışmasını sağlarlar. Ancak kuvvetli aşırı akımlara karşı koruma, kesiciler veya sigortalarla yapılmalıdır. Termal aşırı akım rölesinin işletme prensibi bi-metal yani farklı iki metalin içinden geçen akımın etkisiyle ısınması sonucu farklı uzaması esasına dayanır. İçlerinden akım aktığında, şerit bükülür ve ayar değerine bağlı olarak kontakları aniden açar. Röle yeteri kadar soğuduktan sonra resetlenir. Termal aşırı yük röleleri, altermatif ve doğru akım sistemlerinde kullanılır ve genellikle: - 3-kutuplu açtırma, - kompanze edilmiş, çevre sıcaklık değişimlerine duyarsız Şekil Değişik aşırı yük röleleri için işletme sınırları TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -170-

174 - Röle üzerinde verilen ve motor plakasında gösterilen akım lara göre kademelendirme yapılmaktadır. Fazın birinin kaybında da röleden açma yaptırılabilir. Bu özellik motoru tek faz çalışmasından IEC ve ye uygun olarak korur. Tablo 9.8. Fark aşırı yük rölesinin işletme sınırları (cevap süreleri) Yaygın olarak kullanılan bu röleler, çok güvenilir ve fiyat açısından düşüktür. Bu röleninin dezavantajı havalandırmasının iyi olmadığı ortamlarda motorun aşırı ısınmasına karşı duyarsızdır. Elektronik aşırı yük röleleri Bu röleler elektronik sistemlerin avantajlarına sahiptir ve motorun termal görüntüsünü detaylı bir şekilde izler. Motorun termal sabitelerini ele alarak operasyon süresi ve içinden geçen akımı esas alarak sürekli olarak motor sıcaklığını hesaplar. Koruma böylece gerçeğe yakın olarak yapılır ve istenmeyen açtırmalar önlenir. Elektronik aşırı yük rölesi, çevrenin termal şartlarına karşı en düşük duyarlılıktadır. Bununla beraber bu röleler, aşırı yük, dengesizlik ve faz kaybının yanı sıra opsiyonel alarak bazı sensörlerin ilavesiyle: - PTC prob. sıcaklık kontrolü, TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -171-

175 - aşırı momentlere ve rotor blokajına karşı koruma, - ters faz durumuna karşı koruma, - motor izolasyon hatalarına karşı koruma, - Yüksüz çalışmaya karşı koruma sağlar Şekil 9.98 Elektronik aşırı yük rölesi (LR9F Telemecanique) PTC termistör prob röleleri Bu röleler motoru korumak için motorun gerçek sıcaklığını kontrol eder. Problar çok küçük oldukları için motor sargıları içerisine yerleştirilir. Isdı ataletleri çok düşük olduğundan çok yüksek doğrulukla stator sargılarının sıcaklıklarını okurlar. Stator sargılarının sıcaklıklarını doğrudan kontrol ettiklerinden motorları aşırı yüke, havalandırma yetersizliğinden dolayı meydana gelen sıcaklık artışlarına karşı koruma sağlar. Bir veya daha fazla Positif sıcaklık katsayılı PTC termistor probları sargıların ve motor yataklarının içine veya sıcaklık artısı olabilecek TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -172-

176 elemanların içine sokularak bu elemanlarda ani sıcaklık artışı meydana geldiğinde gerekli açtırmayı sağlarlar. Şekil PTC termistör propları işletme sınırları veya işletme noktaları TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -173-

177 9.13. Kondansatör Gruplarının Korunması Kondansatör grupları elektrik sistemindeki yükler tarafından çekilen reaktif enerjiyi kompanze etmek için kullanılan ve bazı durumlarda harmonik gerilimleri azaltmak için filtre takılan sistemlerdir. Sistem içinde elektrik sisteminin kalitesini düzeltmek gibi bir görevi üstlenirler. Yıldız, üçgen bağlanabildiği gibi sistemin yüküne ve gerilim seviyesine bağlı olarak çift yıldız bağlantı da uygulanır. İki tip kondansatör vardır. İç korumasız kondansatör İç korumalı kondansatör Herbir kondansatör grubu sigorta ile donatılır Hata Tipleri Kondansatör gruplarında oluşabilecek muhtemel hatalar Aşırı yüklenme Kısa devre Gövde hatası Kondansatördeki kısa devre TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -174-

178 Aşırı yüklenme kalıcı ve geçici aşırı akımlardan dolayı ileri gelir. Kalıcı aşırı akımlar besleme sisteminideki gerilimin yükselmesi ve frekans konvertörü ve doğrultucular gibi statik kovertörler den dolayı ortaya çıkan lineer olmayan yüklerden dolayı meydana gelen harmonik akımların akmasıyla meydana gelir Geçici aşırı akımlar kapasitör gruplarının şebekeye bağlanması sırasında ortaya çıkan geçici aşırı akımlardır (Konu ile ilgili geniş bilgiler harmonikler ve güç faktörünün düzeltilmesi bölümlerinden elde edilebilinir.) Aşırı yükler sonuç itibarıyla dielektrik dayanımının azalması ve kondansatör gruplarının çabuk eskimesine yol açar. Kısa devre kapasitör gruplarının üçgen veya yıldız bağlantısına bağlı olarak faz-toprak veya faz arası olmak üzere iç veya dış hatalar olarak meydana gelir (Konu ile geniş açıklama kısa devre hesapları bölümünden elde edilebilir). Gövde hatası bir iç hata olup enerjili kapasitör elemanları arasında metal oda tarafından oluşturulan hatadır. Koruma elemanları Kapasitörler tamamen deşarj olmadan enerjilendirilmemelidir. Transiyen aşırı gerilimleri önlemek amacıyla tekrar enerjilendirme için geçıktirme şarttır. 10 dakikalık geciktirme kendi kendine deşarj için kafi bir süredir. Deşarj süresini kısaltmak amacıyla hızlı deşarj üniteleri kullanılabilir (Konu ile ilgili geniş bilgiye güç faktörünün düzeltilmesi bölümünde ulaşılabilinir.). TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -175-

179 Aşırı yüklenmeler Besleme geriliminin neden olduğu uzun süreli aşırı akımlardan elektrik sistemi gerilimini izleyen aşırı gerilim koruması vasıtasıyla sakınılabilinir. Genellikle %110 gerilimde kapasitör günde 12 saat yüklenebilir. Bu gibi durumlarda koruma yapmaya gerek yoktur. Harmonik akımların akmasından ileri gelen uzun süreli aşırı akımlara karşı aşağıda açıklanan tiplerde koruma yapılmalıdır. Termik aşırı yüklenme Gecikmeli aşırı akım Kapasitör grubunun devreye girmesi durumunda her bir kademede devreye girme akımlarının sınırlandırılması için darbe reaktörleri tesis edilmelidir (Konu ile ilgili geniş bilgi Güç faktörünün düzeltilmesi bölümünde bulunmaktadır.) Kısa devreler Kısa devreler, gecikmeli aşrı akım koruma cihazları tarafından algılanırlar. Akım ve gecikme ayarları açma kapamada meydana gelen maksimum izin verilen yüke göre yapılır Gövde hataları Koruma topraklama sistemine göre düzenlenir. Eğer sistemin nötrü topraklı ise gecikmeli toprak hata koruma cihazı kullanılır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -176-

180 Kapasitör elemanı kısa devresi Empedansta meydana gelen değişim esas alınarak algılama yapılır. Kapasitör grubu çift yıldız bağlanmışsa, empedans değişimi tarafından meydana getirilen dengesizlik nötr noktaları arasında bir akım akışına neden olur ve bu dengesizlik aşırı akıma duyarlı koruma cihazı vasıtasıyla algılanır Kapasitör Gruplarının Korunması ile ilgili Örnekler Çift yıldız bağlı kapasitör grubu için koruma Şekil TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -177-

181 Tablo 9.9 Ayar Bilgileri Hata tipi Aşırı Yük Ayarlar Aşırı gerilim, ayar < %110.Un Termik aşırı yük, <1,3.In veya Aşırı akım ayarı <1,3.In sabit zamanlı veya ters zamanlı gecikme 10 saniye Kısa devre Gövde hatası Sabit zamanlı aşırı akım koruması ayar yaklaşık 10.In ve gecikme yaklaşık 0,1 saniye Sabit zamanlı toprak hata koruma elemanı Ayarlar <%20 maksimum toprak hata akımı ve Eğer 3-adet akım transformatörü üzerinden bağlı ise > %10 akım transformatörü değeri ve 0,1 saniye gecikme Kapasitör elemanları kısa devresi Aşırı akım Sabit zamanlı ayar değeri 1-amper Gecikme 1 saniye TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -178-

182 Aşırı Gerilimler Aşırı gerilimlerin çeşitli tipleri endüstriyel şebekelerde sık sık ortaya çıkarlar. Hata risklerini kabul edilebilir seviyede azaltmak için ekipmanların izolasyon seviyesinin uygun bir şekilde seçilmesi ve sistemde bu aşırı gerilimleri belirli seviyede tutacak koruma elemanlarının tesis edilmesi gerekir. Aşırı gerilim, faz iletkenleri veya faz iletkeni toprak arasında meydana gelir. Ekipmanlar için bu gerilimlerin maksimum değeri IEC 71-1 de açıklanmıştır. Bir aşırı gerilim, faz arası iletkenlerde veya farklı devrelerde ortaya çıkarsa buna farklı modda, bir faz iletken ile cihaz gövdesi veya toprak arasında ortaya çıkarsa ortak modda denir. Aşırı gerilimler iç ve dış orjinli olarak meydana gelir. İç orijin: bu aşırı gerilimler şebeke elemanı tarafından veya sadece şebekenin kendi karakteristiğine bağlı olarak meydana gelir. Örneğin transformatör mıknatıslama akımının kesilmesinde olduğu gibi ortaya çıkan aşırı gerilimlerdir. Dış orijin: bu aşırı gerilimler, dış şebekedeki dış elemanın neden olduğı veya bu elemanın transfer ettiği aşırı gerilimlerdir. Örneğin - Yıldırım tarafından meydana getirilen aşırı gerilimler, - Şebekenin içine doğru transformatör üzerinden yayılan YG aşırı gerilimleri gibi.. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -179-

183 Aşırı gerilimlerin sınıflandırılması IEC 71-1 Standardında süre ve şekillerine göre aşırı gerilimler sınıflandırılmıştır. Sürelerine göre geçici ve transiyen aşırı gerilimler olarak iki kategoriye ayrılmıştır. - Geçici aşırı gerilimler: Birkaç peryoddan birkaç saniyeye kadar süren nisbeten üzün süreli güç frekansındaki aşırı gerilimler. - Transiyen aşırı gerilimler: Sadece birkaç mili saniye süreli titreşimli ve yüksek amortismanlı aşırı gerilimlerdir Transiyen aşırı gerilimler :. Düşük cephe süreli aşırı gerilimler. Dik cephe süreli aşırı gerilimler. Çok dik cephe süreli aşırı gerilimler Standart gerilim şekilleri IEC 71-1 de test ekipmanlarının sağlaması gereken dalga şekilleri verilmiştir. - Kısa süreli güç frekansındaki gerilim: 48Hz ile 62Hz arasında süresi 60 saniye olan sinusoidal gerilimdir. - Anahtarlama darbesi: tepe süresi 250 µs ve yarı cephe süresi 2500 µs olan bir darbe gerilimidir.. - Yıldırım darbesi: ön cephe süresi 1.2 µs ve yari cepha süresi 50 µs olan darbe gerilimidir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -180-

184 Aşırı gerilimlerin önemi Şebekedeki aşırı gerilimler ekipmanların yıpranmasına işletme sürekliliğinde azalmaya personelin hayat emniyeti için tehlikelere neden olur. Sonuçlar aşırı gerlimlerin tipine, büyüklüğüne ve süresine bağlı olarak çeşitli şekillerde oluşabilir - Aşırı gerilimler; ekipmanin belirlenen dayanımını aştığında dielektrik izolasyponunda tahribat meydana getirir. - tahrip edici seviyede olmayan ve fakat sık sık gelişen aşırı gerilimler eskimeyeye baglı olarak yıpranırlar - Elemanın tahrip olmasına bağlı olarak beslemenin kesilmesine neden olur. - Elektromanyetik radyasyon veya kondüksiyon dan dolayı haberleşme izleme ve control devrelerinde rahatsızlıklar meydana gelir. - Başlıca yıldırım darbelerinin neden olduğu elemanların erimesine, yanmasına veya patlamasına yol açan termik zorlamalar ve ekipmanın deformasyonuna ve bozunmasına yol açan elektrodinamik zorlamalar meydana gelir. - Yükselen dokunma ve adım gerilimlerinin yol açtığı canlılar için tehlikeler ortaya çıkabilir Güç frekansında aşırı gerilimler Toprak hatası Rezonans veya ferro rezonans Nötr iletkenlerinin kopması TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -181-

185 TNS sistemlerde bağlantı hatlarından birinin toprakla teması Jeneratör gerilim regülatörünün veya transformatörün yükte kademe değiştiricisindeki hatalar Reaktif enerji kompanzasyonunda reaktif güç rölesindeki hatadan dolayı aşırı kompanzasyon Güç besleme kaynağı jeneratörse yük dalgalanmaları A - Toprak hatasının sebep olduğu aşırı gerilimler Faz-toprak hatası durumunda 3-fazlı güç sisteminin davranışını sistemin nötrünün toprağa bağlanış şekli belirler. Emniyet açısından bakıldığında faz-toprak hatası meydana geldiğinde toprak hata akımları, topraklanan ekipman gövdesi ile toprak arasında insan hayatı ve tesis izolasyonu açısından tehlikeli gerilimlerin meydana gelmesine neden olurlar. i. Nötrü yalıtılmış sistemler Yalıtılmış sistemlerde sistemin herhangi bir aktif elemanı doğrudan topraklanmayıp, sistemin tabii kapasitansı vasıtasıyla toprakla bağlantısı sağlanmıştır. Bu tip sistemlerde faz-toprak hatası meydana geldiğinde; faz-toprak akımları çok düşük olup çoğunlukla bağlantı hatlarının kapasitansına bağlıdır. Hatalı ekipman ve toprak arasındaki gerilim çok küçüktür. Ancak diğer taraftan geçici ve güç frekansında söz konusu gerilimde çok daha yüksek değerde aşırı gerilimler meydana gelir. Hata meydana geldiğinde hatalı fazın kapasitansı by-pass edilir ve sistem gerilimler açısından simetrisiz sisteme dönüşür. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -182-

186 Şekil 9.100: Nötrü yalıtılmış sistemde toprak hatası Hatalı sistemde Thevenin teoremi kullanılartak hata devresi modeli çıkartılabilinir. Hatadan önce hatalı yerin faz gerilimi U ya eşittir. Şebeke elemanlarının kapasitansları hemen hemen birbirine eşit ve C e değerindedir. Hatalı sisteme ait eşdeğer diyagram şekil de görülmektedir. Şekil 9.101: Toprak hatası durumunda hatalı devrenin eşdeğer diyagramı TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -183-

187 Burada ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I C e Nötrü yalıtılmış sistemde faz-toprak kapasitansıdır ve bağlantı hatlarının uzunluğuna ve tipine (hava hattı veya kablo) bağlıdır. C 0 Sıfır bileşen kapasitansı, R H hata yeri direncinin sıfır kabul edildiği durumlarda hata akımı aşağıda verilen ifade yardımıyla bulunabilir. I 3.. C U (1) H e. 2.. f şebekenin açısal frekansıdır. Toprak hatalarında hata akımını azaltacak yönde etkisi olan R H direnci genellikle hesaba katılır. Ve toprak hata akım değeri aşağıda verilen ifade yardımıyla hesaplanabilir. I H I KE (2) 2 I H 1. RH U Sıfır bileşen kapasitansı üzerinden bileşen gerilimi meydana gelir. U 1 C C I KE hata akımı aktığında U 0 sıfır 0 I KE (3) TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -184-

188 (2) ve (3) denklemleri kullanılarak aşağıdaki ifade elde edilir. U U C C 0. R H (4) İfadeden de anlaşılacağı üzere R H 0 olması durumunda sistemin nötr gerilimi en yüksek değeri olan faz nötr gerilimi değerine ulaşacaktır. Daha yüksek hata yeri dirençlerinde sıfır veya nötr gerilimi daha düşük değerde olacaktır. Sıfır hata empedanslı Faz-toprak hatası durumlarında hatasız fazlara ait faz toprak gerilimleri, yüksek değerini olan LL 3 çarpanı esas alınarak artacak ve en 1,05 U. değerini, şebeke toprak kapasitansına tekabül eden empedans değerinin %37 değerinde hata yeri direnci olduğunda alacaktır. Şekil 9.102: Nötrü yalıtılmış şebekelerde toprak hatası halinde gerilimler TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -185-

189 Normal dengeli sistemlerde faz-nötr gerilimler, faz-toprak gerilimleri ile aynıdır; ancak toprak hatası gerçekleştiğinde farklılaşır. Nötrün kayması sıfır bileşen gerilimine eşittir. Nötrü yalıtılmış şebekelerde toprak hatası esnasında nötr geriliminin davranışı hata algılanmasının hassasiyeti açısından önemlidir. ii. Nötrü yüksek direnç üzerinden topraklanmış şebekeler Topraklama direnci güç transformatörünün nötr noktasına veya 3 faz zigzag topraklama transformatörünün yıldız noktasına veya 3-faz toprak bağlantılı dağıtım transformatörünün açık üçgen sargılarına bağlanabilir. Bu tür sistemler, beyan gerilim değeri 15 kv aşmayan orta gerilim ve alçak gerilin sanayi şebekelerinde kullanılırlar. Bir toprak hatası sonucu nötr topraklama direnci üzerinden geçen akım sistemin kapasitif hata akımından daha yüksekse meydana gelecek aşırı gerilimler normal gerilimin tepe değerinin 2,5 katından daha fazla olamaz. Direncin belırlenmesi için en önemli faktör transformatör sargısının termik dayanımıdır. Şekil 9.103:Yüksek direnç üzerinden nötrü topraklanmış sistemler toprak hata eşdeğer devresi TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -186-

190 Toprak hata akımı şekil de görülen hata eşdeğer devresine göre I KE R H U. 1 R NTD 2 R NTD R.3... C H. R 0 NTD C 0 2 Eğer sistemin toprak kapasitansına ait reaktansın değeri nötr topraklama direncinin değerinden çok büyükse, aşağıda verilen basitleştirilmiş formül kullanılır. I KE R H U R NTD Burada U sisteme ait faz-nötr gerilimi R H hata yeri direnci R NTD nötr topraklama direnci Toprak hatası halinde nötr noktası geriliminin alacağı değer: U 0 1 R NTD I 2 KE 3.. C 0 2 Nötrü yüksek direnç üzerinden topraklanmış şebekelerde en yüksek nötr direnci gerilimi, hata yeri direnci değeri sıfır olduğunda faz toprak gerilim değerine eşit olur. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -187-

191 iii. Yalıtılmış veya Empedans üzerinden topraklanmış Nötr Şekil Doğrudan topraklanma hatası meydana geldiğinde nötr noktası ile toprak arasındaki gerilim U U değerine ulaşır. Sağlam fazlara ait faz toprak gerilimleri: N LN U 2T U L 2N Nötrü doğrudan topraklı sistemler Şebekenin bir fazında toprak hatası meydana geldiğinde hatalı faza ait devre üzerinde yüksek değerde bir akım geçer.hata noktasında 3-fazlı sistem bozulur.hata yari direnci ihmal edildiğinde hatalı fazın toprağa göre gerilimi sıfır olur.sağlam fazlara ait faz-nötr gerilimleri faz gerilimler değerine çıkar. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -188-

192 Şekil Toprak hata faktörü k ile ifade edilirse, sağlam fazlarda meydana gelen faz-toprak gerilim yükselmeleri U. U L2N U L3N k LN U LN Nominal faz nötr gerilimi k toprak hata faktörü simetrili bileşenler metodu ile belirlenir. U 0 I 0 L1N 0 L2 I L 3 0 Bu şartlara göre akımların simetrili bileşenleri TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -189-

193 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI (1) L L L L L L L L L L L L L L L I I I I I I a I I a I I I I a a I I I I I I I I a a I I a a I Burada I I I L L I I Gerilimlerinde simetrili bileşenleri U U U U N L N L N L U U U U U U N L N L U U Hatalı fazın gerilimi 0 ). 3 ( ( L F L L N N L I R Z I Z I Z U U Hata akımının doğru bileşeni F LN L R Z Z Z U I Z Z Z Ayrıca L L L L I I I I I 3 I I I toprak hata akımının değeri F LN L KE F R Z Z Z U I I I Z Z Z I I sağlam fazlara ait faz-toprak gerilimlerinin değeri

194 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI F LN N L R Z Z Z a Z Z a Z U a U F LN N L R Z Z Z a Z Z a Z U a U Toprak hata faktörü R F Z Z Z a Z Z a Z k olarak bulunur. Çoğunlukla şebekelerde jeneratörler yeterli uzaklıkta olduğundan büyük bir yaklaşıklıkla 2 1 Z Z Z olacaktır ve R F Z Z Z Z a k Z Z 2 1 yazılır. Şekilde görülen empedanslar pratik olarak T C L T T T jx R Z jx R Z j R j R Pozitif bileşen empedansları T T T T T T jx R Z jx R Z j R j R Sıfır bileşen empedansları

195 R 8 (0) X (1) 7 6 k = k = k = 1.5 k = 1.4 k = 1.3 k = X(0) X (1) Şekil 9.106/a R ( 1) 0 and R f 0 için: X ( 0) X( 1) ve R X ( 0) ( 1) oranları ile ilgili topraklama faktörleri R 8 (0) X (1) k = 1.7 k = 1.6 k = k = k = 1.2 k = 1.3 k = X(0) 8 X (1) Şekil 9.106/b R( 1) 0. 5 X( 1) ve R f 0 için X ( 0) R( 0) ve X( 1) X( 1) oranları ile ilgili topraklama faktörleri TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -192-

196 Örnek 1 ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I YNyn, 33 kv/11 kv ve Sn 24 MVA transformatör ile çıkış fiderinden 5 km uzunluğunda 240 mm² alüminyum kablo beslemesi göz önüne alınsın. Nötr topraklaması elektrod direnci Transformatör karakteristikleri :. dir. U sc % RT XT X( 0) T XT X T U sc U S n n R T X ( 0 ) T Kısa devre gerilimleri kısa devre akımlarını endüşük değere indirmek amacıyla yüksek seçilmiştir. Gerçekten de U sc yüksekse X X T X olduğundan aşırı gerilim faktörü azaldığından (Bakınız şekil 9.106) R X ( 0) ( 1) ( 1) C en az değerdedir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -193-

197 - kablo karakteristikleri : RC L S 240 XC 01. / km / km X( 0) C 3 XC 0. 3 / km. Kabul ederek Not: X ( 0) C değeri, (0.2-4 X ( 1 ) ) değerleri arasında toprak dönüş yolunun durumuna bağlı olarak çok değişkendir. Transformatör terminallerinde gerçekleşen galvanik hata durumunda ( R f 0 ): R ( 1 ) R T R( 0) 3 Re R T X ( 1 ) X T X X ( 0) (0) T 0.85 Böylece R X 0 ( 1) ( 1) R ( 0) X X X ( 1) ( 0) ( 1) Şekil 9.106/a dan k 1.4 ve 1.5.arasında bir değer seçilir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -194-

198 Transformatörden 5 km uzakta gerçekleşen galvanik hata durumunda ( R f 0 ) 5 km R( 1) R T R C R( 0) 3 Re R T R C X( 1) X T X C X( 0) X( 0) T X( 0) C Böylece R 0.47 X ( 1) ( 1) R ( 0) X X X ( 1) ( 0) ( 1) Şekil 9.106/b den k arasında seçilir. Örnek 2: YNyn 154/31,5 kv ve 25 MVA gücünde ve %12 kısa devre empedansına sahip transformatör 5km uzaklıkta bir şebekeyi 240mm lik 2 kablo ile besleyecektir. Transformatör nötr topraklamasının topraklama elektrodunun toprak direnci 2 ohm değerindedir. Transformatör karakteristikleri: RT u K %12 0, 046 X T X X 0 T T 0,7 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -195-

199 Z T u K U. S 2 LL N 0,12. 31, ,76 R T 0,22 X T 4,65 Kablo karakteristikleri.l L 0, R L 0,075 / km S 240 X 3. X 0,3 / km 0 L L / k, X L 0,1 / km, Transformatör terminalerinde tam bir toprak hatası olduğunda R F 0 R 0,22, R 3. R E R 3.0,5 0,22 1, 72 1 RT 0 T X 4,65, X X 4,65.0,7 3, 26 1 X T 0 0 T Z 1 R 1 jx 1 0,22 j4,65 Z 0 R 0 X 0 1,72 j3,26.0 k 1 2. Z a Z 1 1 Z 0 Z 0 3. R F 1 0,5 j0,866 0,22 2 0,22 j4,65 j4,65 1,72 1,72 j3,26 j3, Hata halinde sağlam fazlara ait faz toprak gerilim değeri %16 artacaktır. Kablo hattının sonunda transformatörün 5 km uzaklığında toprak hatasının meydana gelmesi durumunda TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -196-

200 R 1 R T RL 0,22 5.0,075 0,66 R 3. R R R 0 E T L 3.0,5 0,22 5.0,075 2,1 X 1 X T X L 4,65 5.0,1 5,15 X X X 0 0 T 0 L 3,26 0,3.5 4,76 Z 1 R 1 jx 1 0,66 j5,15 Z 0 R 0 X 0 2,1 j4,76 k 1 2. Z a Z 1 1 Z 0 Z 0 3. R F 1 0,5 j0,866 0,66 2 0,66 j5,15 j5,15 2,1 2,1 j4,76 j4, Hata halinde sağlam fazlara ait faz toprak gerilim değeri %11,2 artacaktır. Bir toprak hatası durumunda yüksek gerilim (YG) veya orta gerilim (OG) tarafından alçak gerilim (AG) tarafına, aşırı gerilim transferi (Potansiyel Sürüklenmesi) Topraklama bağlantıları Yüksek gerilim tarafında gelişen toprak hataları Alçak Gerilim tesislerinde tehlikeli seviyede gerilimler üretirler. Alçak gerilim tüketicileri ve istasyon işletme personeli bu tehlikeye karşı aşağıda belirtilen tedbirler alınarak korunmalıdır. Yüksek gerilim toprak hata akımlarının büyüklükleri sınırlandırılmalıdır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -197-

201 İstasyon topraklama direnci olabileceği en düşük değerine kadar azaltılmalıdır. İstasyonlarda ve tüketici istasyonlarında eşpotansiyel şartlar oluşturmak Topraklama ve ekipmanların topraklama bağlantılarının özellikle yüksek gerilim tarafında toprak kısa devresi süresince alçak gerilim tüketicilerin emniyeti açısından dikkatlice göz önüne alınmalıdır. Topraklama elektrodları Genelde fiziksel olarak mümkünse, YG ekipmanların açıkta kalan ve aktif olmayan iletken bölümlerin topraklaması için ayrı bir elektrod sistemi tesis ederek, alçak gerilim nötr iletkeninin topraklaması için yapılan elektrod sisteminden ayrılması tercih edilir.. Çoğu durumlarda kırsal kesimlerde sınırlı alanların bulunması bu uygulamanın önündeki engeldir. Burada tehlikeli gerilim transferlerinin önüne geçmek mümkün olmamaktadır. Toprak hata akımı Yüksek gerilimde toprak-hata akımı seviyeleri eğer gerekli sistemler yapılıp sınırlandırılmamışsa 3-faz kısa devre akımları seviyesine ulaşır. Bu gibi akımlar bir toprak elektrodu üzerinden geçtiğinde uzak toprağa yani potansiyeli sıfır kabul edilen referans toprağına göre yüksek değerlere çıkan gerilim yükselmesi olacaktır. Örneğin A toprak hata akımı 0,5 ohm direnç değerinde toprak elektrodu üzerinden geçerken gerilim yükselmesi 5000 V a kadar çıkacaktır. İstasyonlarda tüm aktif olmayan iletken bölümlerin birbirleriyle bağlanır ve toprak elektrodlarıyla birleştirilir. Bu elektrod istasyon tabanına yayılı gözlü bir topraklama sistemi ise personel için bir TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -198-

202 tehlike yaratmaz. Zira düzenleme eş potansiyel şekilde olduğundan; aktif olmayan iletkendeki potansiyelle personelin potansiyel yükselmesi, aynı olduğundan insan hayatı için tehlike meydana gelmez. Transfer edilen potansiyel: Şekil de görülen sistemde OG/AG transformatörünün AG sargılarının nötr noktası istasyonun ortak topraklama sistemine bağlanmıştır. Bu durumda AG faz sargılarının, nötr iletkeninin ve tüm faz sargılarının potansiyeli bir toprak hatası halinde topraklama elektrod potansiyeline yükselecektir. İstasyondan çıkan alçak gerilim dağıtım kabloları bu potansiyeli tüketici alt istasyonlara transfer edecektir. Çözümler: i. Birinci adım potansiyel sürüklenmesine sebep olan YG toprak hata akımının büyüklüğünü kullanılan transformatörün yıldız noktası direnç veya empedans üzerinden topraklanmak süretiyle azaltmaktır. Ancak bunu yapmakla yüksek potansiyel transfer tehlikesinden tamamen kurtulmak mümkün değildir. Eş potansiyel bağlantıları, yapılar için gerçekleştirilmelidir. Eğer topraklama tesisi düşük empedansa sahip iletken vasıtasıyla istasyon topraklama sistemine bağlanmışsa eşpotansiyel bağlantı şartları tüketici istasyonları için sağlanır. Şekil 9.107: Potansiyel transferi TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -199-

203 ii. R S İstasyon topraklama elektrod direnci Düşük empedanslı karşılıklı bağlantılar: Düşük empedans üzerinden bağlantı TN sistemlerin topraklamasında olduğu gibi nötr iletkeni tüketici istasyonun eş potansiyel tesisine bağlayarak kolayca gerçekleştirilir. (IEC 364-3) iii. YG toprak hata akımlarının ve istasyonun toprak direncinin sınırlandırılması: Bunun amacı, 3-fazda meydana gelebilecek aşırı gerilimler tarafından faz-toprak ve fazlar arası hat ve ekipmanların zorlanmalarını önlemektir. Bunu sağlamak için : YG torak hatalarının değerlerini sınırlandırmak, Personel hayatının ve cihazların emniyeti için koruma cihazlarının 0,5 sn sürede açmasını sağlayacak şekilde istasyon toprak elektrod direncini azaltmak. Örnek: OG dağıtım istasyonunda 31,5 kv tarafında toprak hatası meydana geldiğinde oluşabilecek Aşırı gerilim transferinin muhtemel değerleri incelenecektir. Şekil 9.108: Elektrik sisteminin 3-kutuplu diyagramı TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -200-

204 154/31,5 kv indirici transformatörün 31,5 taraftaki empedansı Z TRTM 31, ,12 4,763 Yumurtalık transformatör merkezinden N1 istasyonu arasındaki 31,5 kv,3x3/0, 0,63 km enerji nakil hattı empedansı Z OHL 0,483ohm/ km.0,63 km 0, 3043ohm 31,5/6,3 kv,6,3 Güç transformatörünun 31,5 kv taraftaki empedansı 2 31,5 kv Z ETR ,06 9, 45ohm 6,3 MVA 2 Yumurtalık TM nötr topraklama elektrodu empedansı R E 2 ohm (şartnamelere göre ) N1 istasyonu topraklama empedansı R T 2 ohm (şartnamelere göre.) ETR Güç transformatörünun 31,5 kv primer tarafında toprak hatası meydana geldiğinde Şekil 9.109:Toprak hata diyagramı TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -201-

205 Transformatörün primer sargılarında bir toprak hatası meydana geldiğinde toprak hata akımı simetrili bileşenler kuralına göre 3. U LL 3.31,5 I f 2, 057kA Z Z Z 3.( R R ) 4,763 0,3043 9,45 3.(2 2) TRTM OHL ETR80101 E T N1 istasyonundaki ETR dağıtım transformatörünun nötrüne ve AG tarafına transfer edilen gerilim UT R T. I f 2 ohm.2057 ka 4114 Volt (Bu gerilim değerinde insan hayatının güvenliği açısından gereken açma değerini sağlamak mümkün değildir. 31,5 kv ana pano baralarında kısa devre meydana geldiğinde 3. U LL 3.31,5 I f 3, 196kA Z Z 3.( R R ) 4,763 0, (2 2) TRTM OHL E T N1 istasyonundaki ETR dağıtım transformatörünun nötrüne ve AG tarafına transfer edilen gerilim UT R T. I f 2 ohm.3196 ka 6932 Volt (Bu gerilim değerinde insan hayatının güvenliği açısından gereken açma değerini sağlamak mümkün değildir.) Sonuçlar: 1. Koruma topraklaması, dağıtım transformatörü nötr topraklamasını ve enstrümantasyon topraklamalarını birbirinden ayırmak TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -202-

206 2. Eğer tüm topraklama sistemleri ortak topraklama sistemi ile birleştirilmek istenirse, Ortak topraklama sistemi elektrod direnci U L 125 RT 0, 061ohm (transformatör primer sargılarında I 2057 f toptak hatası meydana geldiğinde) U L 125 RT 0, 039ohm (31,5 kv dağıtım panosu ana baralarında I 3196 f toprak hatası meydana geldiğinde) Toprak elektrod direnç değerleri sağlandığında toprak hata akımları 3. U LL 3.31,5 I f 2, 635kA Z Z Z 3.( R R ) 4,763 0,3043 9,45 3.(2 0,061) TRTM OHL ETR80101 E T Veya 3. U LL 3.31,5 I f 4, 882kA Z Z 3.( R R ) 4,763 0, (2 0,039) TRTM OHL E T ETR dağıtım transformatörü nötrüne ve N1 istasyonu AG tarafına transfer edilen gerilim UT R T. I f 0,061 ohm.2635 ka 160 Volt veya UT R T. I f 0,039 ohm.4882 ka 190 Volt olur. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -203-

207 Bu durumda iki zorluk vardır. Sistemde ortak topraklama için 0,061 ohm veya 0,039 ohm toprak elektrod direnç değerlerini sağlamak pratik olarak imkansızdır. Teorik olarak sağlansa bile hassas elektronik ekipmanlar için mutlaka ayrı bir temiz topraklama yapma gereği vardır. 3. Toprak hata akımı aşağıda hesaplanan değere düşürülebildiğinde tüm topraklamalar ortak topraklama şebekesine bağlanabilir. Toprak hata akımı en fazla U L 125 I f 65 A R 2 T değere sahip olmalır. Bu toprak hata akımını sağlamak için 154/31,5 kv indirici transformatörün nötrünün, topraklama direnci üzerinden toprağa bağlantısının sağlanması gerekir. 154/31,5 kv indirici transformatörün nötr topraklama direncinin değeri R NE : I f Z TRTM Z OHL Z 3. U LL 3.( R R R ETR80101 E T NE ) Ve buradan R NE 3. U I. Z Z Z R 3R LL f TRTM OHL 3. I f ETR E T TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -204-

208 (4,763 0,3043 9,45) 3x2 3x2 R NE 266ohm 270 ohm 3x65 Söz konusu nötr toperaklama direnci değerinde meydana gelebilecek maksimum toprak hata akımının değeri 3. U LL I f 59 A Z Z Z 3.( R R R ) 4,763 0,3043 9, TRTM OHL ETR80101 E T NE Ve toprak hatasi halinde transfer edilen gerilimin değeri UT R T. I f 2 x Volts (Koruma cihazının 0,5 saniye açma süresi için kabul edilebilir sınırlar içerisindedir). TN Sistemler Şekil TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -205-

209 U monofaz gerilimler L1, U L2, U L3 Z T Transformatör empedansı Z L Hat empedansı Z PE Koruma iletkeni empedansı U T Toprak hatası halinde koruma aktif olmayan iletken bölümlerde oluşacak potansiyel R E Nötr elektrod direnci Aktif olmayan iletken bölümlerde sağlam fazlarda meydana gelecek gerilim yükselmesi Topraklanma faktörü Z. k M U U U U L2 UT U L3 N U U U 0 Z T Z L 3 Z PE Z Z T Z L N T 1 ve R F 0 olduğunda k T 1 a.3. Z 3. Z Z T L PE Z PE 1 Z PE a. Z Z PE T Z L a e j 2 3 Z T, Z PE Z ile karşılaştırıldığında ihmal edilebilir. Uzun kablo halinde aşırı gerilim maksimumdur. L TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -206-

210 Böylece k M 1 a ZPE Z Z olur. PE C k M koruma iletkeni faz iletkeni kesitinden az olmaya başladığında artacak ve örnegin koruma iletkeni faz iletkeni kesitinin yarısına eşit olduğu zaman maksimum değere ulaşacaktır. Aluminyum kabloda kesit 120 mm² den küçük olduğunda reaktans dirençle karşılaştırıldığında ihmal edilebilir derece küçüktür. Bundan dolayı Z Z PE PE RPE Z R R C PE C 2 3 k M 1 2 a 3 ve k M j 3 2 ve sonuçta k M 1.45 olacaktır. TT Topraklama Sistemi Şekil TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -207-

211 RE İstasyon nötr topraklama elektrod direnci RT1 1. hatalı yük toprak elektrod direnci R T 2 2. yük toprak elektrod direnci U T1 1. hatalı yük faz toprak gerilimi Aktif olmayan iletken bölümler ile ilgili sağlam fazların aşırı geriliminin bilinmesi gerekir, k M U L2 UT L3 U N U U U N T Alçak gerilim sistemlerinde nötr ve toprak elektrod dirençleri transformatör ve kablo empedanslarına göre çok yüksektir. Hata akımı bu nedenle söz konusu elektrod dirençleri esas alınarak hesaplanır. I F U L1 R R E T1 ve Z Z I 0 T L f Topraklama hatası halinde sağlam fazların gerilim yükselmesi k M Bu yükün sağlam fazlarının gerilimi: U 2 U veya U L3 U N olduğu göz önüne alınarak L U N R E L1 E U L2 U N U L2 RE I F U L2 L2 L2 L2 1 RE RT RE RT k M ar R R 1 E, E T U au TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI U R U are R R E T

212 R R, k T T E R R, k E M M Genelde yük gruplarının toprak elektrod direnci istasyon nötr toprak direncinden yüksektir.ve bu nedenle genellikle 2. yükte aşırı gerilim katsayısı 1,32 den düşüktür TT sistemde aşırı gerilim faktörü tüm yüklerin aktif olmayan bölümleri aynı topraklama elektroduna bağlanmışsa maksimum k M 3 değerine ulaşır. Tablo Orta ve Yüksek gerilim (1) Alçak gerilim (2) Doğrudan topraklanmış nötr (YG veya OG) Yalıtılmış veya empedans üzerinden topraklı nötr (OG) TN sistem TT sistem IT sistem < 1.73 * (genellikle 1.2 ila 1.4) (1) Faz-toprak gerilimi (2) Faz-aktif olmayan iletken bölüm aşırı gerilimi Nötr topraklama sistemleri ile ilgili maksimum aşırı gerilim faktörü Ekipman seçimi: Ekipman izolasyon geriliminin seçiminde aşırı gerilim faktörü ve hata süresi etkilidir. OG de doğrudan veya sınırlandırıcı empedans üzerinden topraklı ve AG de TT ve TN topraklı sistemlerde hatanın hızlı temizlenmesinden dolayı aşırı gerilim süresinin kısa TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -209-

213 olmasından dolayı faz-toprak izolasyon gerilim seviyesi nominal faz-toprak izolasyon seviyesinden yüksek olmaz. OG de yalıtılmış nötr ve AG de IT sistemlerde işletme sürekliliği açısından devre kesilmeyeceğinden sistem elemanları faz gerilimine eşit faz-nötr gerilimleri altında kalır. Bu nedenle bu sistemlerde faz-nötr gerilim izolasyon seviyesi nominal faz-nötr izolasyon seviyesinin 1,73 kat olmalıdır. B - Rezonans ve Ferro Rezonans L endüktif ve C kapasitif ve R direnç elemanlarının ya seri veya paralel bağlı olmaları durumunda, devrede belirli şertlerin gerçekleşmesi durumunda ekipmanların tahribatina yol açacak değerde tehlikeli akım ve gerilimler meydana gelir. Şekil Şebekedeki gerilim U 1 U R U L U C R. I j. L.I I. I j. C. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -210-

214 Şekildeki devrenin vektör diyagramı Vektör diyagramından görüleceği üzere kapasitans ve endüktansın terminallerindeki gerilim L ve C nin bazı değerlerinde U şebeke geriliminden çok daha yüksek olabilirler. Rezonans durumunda U L U ve jl C. I 1 j. C. buradan 2 L. C. 1b olur ki söz konusu durumda açısal frekans rezonans r açısal frekansı olacaktır. k, aşırı gerilim faktörü ise k U U L L. R r 1 R. C. r olacaktır. i.paralel Rezonans R, L, C elemanlarından meydana gelen devreye J akım kaynağı uygulansın TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -211-

215 Şekil Söz konusu devre için aşağıda verilen ifade geçerlidir. J 1 R 1 j. L. j. C. Rezonans durumunda I L I C U j. L. j. C. U. L. C. 2 1 U R. J endüktans ve kapasitans bir açık devre gibi davranır. Rezonans durumunda rezonans açısal frekansı L. C. r 1 ifadesiyle belirlenir. Aşırı gerilim faktörü r k R. J L.. J r R L. r R. C. r TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -212-

216 Paralel rezonans devresine ait en belirgin örnek harmonik akımlara sahip şebekeler ve bumlara paralel kompanzasyon amaçlı bağlı kapasitörlerden meydana gelen sistemlerdir. ii.ferro Rezonans Paralel bağlı kapasitans ve satüre olabilen manyetik çekirdekli endüktans ve dirençten meydana gelen devre ele alındığında Şekil Toplam akım I T U R j. C.. U I L RMS değer olarak I U R 2 2 T C.. U. I 2 L I U R 2 2 T C.. U. I 2 L TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -213-

217 Bu eşitlik, grafik olarak çözülüp çizilirse U geriliminin fonksiyonu olarak aşağıda verilen ifadelerle gösterilir. I I I 2 T C.. U. U R 2 2 I L Şekil Anahtarlama Aşırı Gerilimleri. Şebeke üzerinde yükler devreye sokulup çıkartılırken transiyent aşırı gerilimler meydana gelir.bu gerilimler endüktif ve kapasitif akımlar kesilirken daha tehlikeli boyutlara ulaşırlar.bu aşırı akımlar süresince TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -214-

218 akımın büyüklüğü ve frekansı ve sönmesi şebeke karakteristiklerine anahtarın mekanik ve dielektrik karakteristik-lerine bağlıdır. Kesme Prensipleri: İdeal kesme akım sıfırdan geçerken olur. Ancak bu pratikte ideal cihazın yapılamamasından dolayı imkansızdır. Fakat elektrik arkının davranişları esas alınarak farklı ortamlarda sıfıra yakın kesme işlemi sağlanabilir. a-kesicilerde kesme R L I V C V A I V V A t Şekil Kesicinin kesmesi esnasındaki transiyent toparlanma gerilimi TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -215-

219 Elektrik akımının ani kesilmesinde anahtarın terminalleri arasında bir ark meydana gelir. İletken ark enerji yayılımından dolayı dielektrik ortamda iyonizasyonun oluşmasına neden olur. Akım sıfır değeri civarından geçerken ortamdaki enerji yayılımı azalır. Ark soğur ve direnç yükselir. Akım sıfırdan geçtiğinde ark direnci sonsuz olur ve ark kesilir. Kesme işleminin başlangıç ve sonu arasında anahtarın kutupları arasında ki gerilim, sıfırdan şebeke gerilimine çıkar. Bu değişim transiyent toparlanma gerilimi adı verilen yüksek frekanslı transiyen davranış ortaya çıkarır. L, R Kesicinin üstündeki şebekenin eşdeğer endüktansı ve direnci C Üst şebekenin kapasitansı b- Sigortanın kesmesi Kısa devre meydana geldiğinde sigorta üzerinden nominal sigorta akımının nominal değerinin çok üzerinde bir akım akar. Kesme işlemi akımın sıfırdan geçmesine gerek kalmadan herhangi bir ani değerde meydana gelir. Volts ~ 1 ms t Şekil Sigorta kesme işlemi esnasında oluşan transiyent aşırı gerilim TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -216-

220 A I s B I D CB C I L L s V A C s C p L I 0 L p Şekil Endüktif yük şebekesinin kesilmesi L s Kesicinin üst tarafındaki şebekenin endüktansı C s Kesicinin üst şebeke kapasitansı L Yük endüktansı L p Kaçak endüktans C p Kesicinin alt şebeke kapasitansı CB Kesici Küçük endüktif akımların kesilmesi Küçük endüktif akım denildiğinde kesicinin nominal akımından küçük değerdeki akımların kesilmesi göz önüne alınacaktır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -217-

221 Şekil Gerçekte ark kararsız ve gerilimi mutlak değeri şebeke geriliminden daha az olacak şekilde relatif olarak geniş aralıkta değişir. Bu gerilim değişimleri, yüksek frekanslı titreşim akımları üretir. 50 Hz değerindeki yük akımı sıfır değerinde değilken kesici toplam akımı sıfırdan geçerken keser.bu akım değeri, kopma akımı I chop olarak adlandırılır. L de depolanan L I a toplanmasından dolayı sistemde titreşim başlar. enerjisinin C p kapasitansında Eğer V c max C noktasındaki titreşimin tepe değeri yarım ise 1 2 C V 1 C V 1 max L I p c p n a yazılabilir TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -218-

222 Tek faz için V cmax V 2 L n I 2 a ifade edilir. C p V n Faz-nötr geriliminin tepe değeri 3-fazlı devre için V n L Vc max V 2 n Vn I 2 a yazılır. C p Bu davranış özellikle ark ocağının transformatör üzerinden beslenmesi durumunda büyük problemler meydana getirir. Gerçekte transformatör bağlantısı genellikle baradan uzakta değildir. Bundan dolayıdır ki C p çok küçük olduğunda IV c max değeri çok yüksek olur. Yukardaki ifadelerde L Transformatör kaçak endüktansını C p Transformatör ile anahtar arasındaki bağlantı kablosunun kapasitansını I a Transfoematorun mıknatıslanma akımını belirler Tek fazlı ark ocağı transformatöründe V Vn ; L 8. 26H ; C nf 3 p ; I a 4. 36A değerlerınde açılma olduğunda meydana gelecek gerilim değeri V 8. 5 V c max n TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -219-

223 9.14 Aşırı Gerilime Karşı Koruma Cihazları Koruma Prensibi olarak 3- aşırı gerilim koruma seviyesi belirlenir. 1. Koruma Seviyesi: Buradaki esas maksat, yapı üzerinde yıldırımın yakalanarak yıldırımın doğrudan etkisini önlemektir. Ve aşağıdaki elemanlardan meydana gelir. Yıldırım yakalama iletkenleri bunların prensibinde yıldırım düşme mesafesı esas alınır. Koruma maksadıyla bina tepesine yerleştirilen çubuk, yıldırımı yakalayarak topraklama şebekesine yildırım yükünü boşaltır Faraday kafesi indirme şeritleri 2. Koruma Seviyesi: Bundan maksat, aşırı gerilimin istasyondaki ekipmanların temel izolasyon darbe seviyesini aşmamasını sağlamaktır. YG veya OG sistemlerinde, korumanın bu tipi yıldırım dalgasını toprağa akmasını sağlayacak koruma elemanlarını kullanmakla gerçekleştirilir. - Eklatörler - YG ve OG parafudrları Koruma Seviyesi AG sistemlerinde kullanılan hassas elektronik ekipmanlar (bilgisayarlar, haberleşme cihazları) için yapılan özel korumadır. Bu koruma sistemini gerçekleştirmek için - Seri filtreler - Aşırı gerilim sınırlandırıcıları TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -220-

224 - AG Parafudrları vb kullanılır Eklatörler veya kıvılcım atlatıcılar ile koruma İşletme Biri korunacak iletkene diğeri toprağa bağlanan iki elektroddan yapılan basit bir aşırı gerilim koruma cihazıdır. Şebeke üzerinde tesis edildiği yerde aşırı gerilimleri zayıf noktada toprağa akıtan ve böylece ekipman koruması yapan cihazlardır. Şekil TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -221-

225 Kıvılcım atlatıcıların atlama gerilimi, iki elektrod arasındaki açıklığın ayarlanması ile sağlanır. Avantajları Ucuza mal edilmeleri Yapılarının basit oluşu Atlama geriliminin ayarlanabilir olmasıdır. Sakıncaları Kıvılcım atlatıcıların atlama karakteristikleri sıcaklık, nem, basın gibi atmosferik şartlara bağlı olarak dielektrik ortamın iyonizasyonu sürekli olarak değiştiği için çok değişkendir (%40 kadar). Atlama seviyesi aşırı gerilime bağlıdır. Kıvılcım atlatıcı atlama sırasında güç frekansında arkın devamı süresinde güç frekansında toprak kısa devresine neden olur. Bu kısa devre açtırma cihazı açma yapana kadar surer. Bu nedenle bu gibi sistemlerde şönt kesici veya hızlı kapama sisteminin tesis edilmesi gerekir. Dik cepheli aşırı gerilimin neden olduğu kıvılcım atlaması ani olarak meydana gelmez. Bu gecikmeden dolayı gherilim gerçektende seçilen koruma seviyesi üzerine çıkar Bu davranışı göz önüne almak için kıvılcım atlatıcının gerilimzaman eğrileri üzerinde çalışmak gerekir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -222-

226 Kıvılcım atlaması yakınlarında bulunan motor ve transformatör sargılarının zara göreceği dik cephe kırık dalgasının oluşmasına neden olur. Bundan dolayı dağıtım şebekelerinde kullanılan kıvılcım atlatıcılar parafudrlarla değiştirilmelidirler Parafudrlar Kıvılcım atlatıcıların sakıncalarını ortadan kaldırmak için işletme sürekliliğini sağlamak ve tesiste daha iyi bir koruma sağlamak amacıyla parafudrların çeşitli modelleri dizayn edilmiştir. Lineer olmayan dirençli parafudrlar çoğunlukla YG ve OG tesislerinde kullanılırlar. Çınko oksit parafudr kullanmak akım açısından daha iyi koruma sağlar. a. Lineer olmayan dirençli parafudrlar İşletme prensibi Parafudrların bu tipinde darbe dalgasının geçişinden sonra akımı sınırlandırıcı değişken direnç kıvılcım atlatıcı ile birleştirilir. Darbe dalgasının toprağa boşalması gerçekleştikten sonra parafudr şebeke gerilimine maruz kalır ve akan akım varistor tarafından sınırlandırılır. Direncin değişimi sayesinde, rezidüel gerilim ark seviyesi yakınına kadar devam eder. Gerçekte direncin azalması akımın artmasını sağlar. Lineer omayan dirençlerden yapılan parafudrların değişik teknikleri kullanılır. Kullanılan en klasik metot Silikon karbid dirençdir. Bazı parafudrlar gerilim direnç veya kapasitif bölücülü kademelendirme sistemlerine ve ark üfleme sistemlerine sahiptir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -223-

227 Karakteristikleri Değişken dirençli tip parafudrlar: Nominal gerilim:parafudrun düzgün çalışması için dizayn edilen ne terminalleri arasında izin verilen güç frekansınsa RMS olarak belirlenen maksimum değerdir. Bu gerilim işletme karakteristikleri değiştirilmeden parafudra sürekli olarak uygulanan gerilim değeridir. Çeşitli dalga şekillerinde atlama gerilimi Darbe akım boşalma kapasitesi b. YG Çinko oksit parafudrlar İşletme prensibi Çinko oksit prafudrların seçme yönemi genellikle, yerleştirildiği yerdeki şebeke verilerini kullanan karakteristik parametreleri ile belirlenir. Parafudrları karakterize eden parametreler : - U C, kararlı hal gerilimi - U r, nominal gerilim - I nd, nominal deşarj akımı - deşarj sınıfı ve enerji kapasitesi - mekanik karakteristikler. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -224-

228 Şebeke ile ilgili veriler ise: - U m, ekipmana uygulanabilecek en yüksek faz-faz gerilimi - TOV toprak hatası meydana geldiğinde ortaya çıkan veya dağıtım şebekesinde yük atmada oluşan geçici aşırı gerilim Şekil Porselen gövdeli çinko oksit parafudrun yapısı TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -225-

229 Parafudrların seçimi ekipmanların koruma seviyesi ve parafurların enerji kapasiteleri arasında uyumu sağlamaktır. Koruma seviyesi ekipman dayanımının mümkün olan en düşük seviyesi olmalıdır. Bu değerler seçilebilecek en düşük gerilim seviyesi olmalı ve geçici aşırı gerilimlre dayanımından büyük olmalıdır. U C ve U r in belirlenmesi: a-ekipman karakteristiklerinden faydalanan basit metotla, U C ve gerilimleri, ekipman için en yüksek U m gerilimi kullanarak belirlenir. U r UC U m 3 U r 125. U C b-geçici aşırı gerilimleri kullanarak daha hassas metotla, basitlestirilmiş metotta genellikle U m 3 katılamaz. den daha küçük olan şebeke ihtiyaçları hesaba Şebekede meydana gelmesi muhtemel geçici gerilimler iki tiptir. : - koruma sistemine ve temizleme süresine bağlı faz-toprak hataları sonucu meydana gelen aşırı gerilimler. - Dağıtım şebekesinde bazılarında %15 ve bazılarında %35 e kadar ulaşabilen yük atmalar. Sonucu meydana gelen aşırı gerilimler. - Özel durum Eğer geçici aşırı gerilimlerin biri 2 saatten daha fazla sürerse Parafudr için kararlı hal durumu göz önüne alınır. Ve böylece U C gerilimi bu gerilime uygun seçilir ve U 125. U olur. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI r C

230 - Genel durum Bir parafudrun geçici aşırı gerilimlere dayanım kapasitesi 10 saniye süreli U 10 s gerilime eşit olarak verilir. Bu gerilim aşağıda verilen ifadeler yardımıyla bulunabilir. T U TOV 10s T : gerilim süresi TOV : aşırı gerilim süresi Bu formülle herbir geçici gerilim için hesaplanan parafudr üzerinde aynı zorlamayı meydana getiren 10 saniyelik aşırı gerilimin belirlenmesini sağlar. Geçici aşırı gerilimlerin süresi bir kaç saniye ve 2-3 saat arası olmalıdır. (T 2 s için U10 s TOV ve T 2s saat için U10 s 114. TOV ). Parafudrun nominal gerilimi 10 saniye gerilimlerine eşit veya daha fazla olarakur max U10 s seçilir. UC Nominal deşarj akımı U m 3 I nd olarak alınır. Pratikte, 1 kv U m 52 kv gerilim aralığı için, I nd nin 5kA ve 10kA olarak iki değeri vardır.. Bunlardan Ind 10 ka yüksek yıldırım yoğunluğu olan alanlarda kullanılır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -227-

231 Deşarj sınıfı ve enerji kapasitesi Bu değerler test yapılarak veya benzer projeler karşılaştırılarak belirlenir. Mekanik karakteristikler IEC 99-4 ve 99-5 standardları parafudr teminalleri de 3-fazlı kısa devre akımlarımın gerekliliklerine uygun izin verilen basınç sınırlarını belirlemiştir. Parafudr karakteristikleri aşağıdaki değerlere uygun olarak kontrol edilecektir. - Ortam sıcaklığı - Deniz seviyesinden yükseklik - Kirlenme seviyesi - Rüzgar, buzlanma ve deprem zorlamalarına olan mekanik direnci. Parafudr koruma seviyesi Tesis edildiği yerde parafudrun koruma seviyesi üzerinden nominal deşarj akımı aktığında terminallerindeki U rsd rezidüel gerilimine bağlıdır. YG ve OG parfudrlarının tesisi YG ve OG şebekelerinde parafudrlar, istasyon transformatör ve ekipman korumasını sağlamak için istasyon girişine tesis edilirler. Bu koruma eğer koruma mesafesine ve tesis kurallarına uyulursa çalışır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -228-

232 9.15 Koruma Sistemi Seçim Rehberi Jeneratör Korumaları Nötrü düşük değerli direnç üzerinden topraklı küçük makinalar için minimum koruma Şekil TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -229-

233 Ana koruma ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I 51V Gerilim sınırlandırmalı Aşırı akım-zaman koruması 51GN Nötr toprak-hatası aşırı akım koruması Opsiyonel korumalar 27 Düşük gerilim koruması 32 Ters güç koruması 40 Uyarma kaybı koruması 46 Negatif bileşen koruması (Akım dengesizliği) 49R Stator aşırı sıcaklık koruması (Sargılara yerleştirilen termo direnç elemanları) 51GS Ani toprak hata aşırı akım koruması (jeneratörün nötrü bulunmadığında) 51VC gerilim kontrollu aşırı akım koruması 59 Aşırı gerilim koruması 64B Jeneratör toprak aşırı gerilim koruması (Jeneratörün nötrünün yalıtıldığı durumlarda 51GN in yerine kullanılır) 81L/H Düşük/Aşırı frekans koruması 86G kilitleme yardımcı koruma 87G Stablize veya oransal differansiyel koruma TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -230-

234 Nötrü düşük değerli direnç üzerinden topraklı küçük makinalar için alternatif koruma sistemi Şekil TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -231-

235 Alternatif koruma sistemi 46 Negatif bileşen koruması 49C Termik koruma 51 Sabit zamanlı aşırı akım koruması 51GN Nötr toprak aşırı akım koruması 51VC Gerilim kontrollü aşırı akım koruması Opsiyonel korumalar 27 Düşük gerilim koruması 32 Ters güç koruması 81L/H Düşük/Aşırı frekans koruması Nötrü düşük/yüksek değerli direnç üzerinden topraklı küçük makinalar için tavsiye edilen koruma sistemi Şekil TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -232-

236 Ana korumalar 12 Aşırı hız koruma 24 Aşırı uyarma koruması 27 Düşük gerilim koruması 50/27 İstek dışı jeneratörun enerjilendirilmesinin önlenmesi 32 Ters güç koruması 38 Yatak aşırı sıcaklık koruması 39 YataK titreşim koruması 40Q Uyarma kaybı koruması 46 Negatif bileşen aşırı akım koruması 49 Stator aşırı sıcaklık koruması (termal dirençlerle) 50BF Kesici hatası algılama 50S Ani aşırı akım koruması (yol verme anında) 50/51GN Ani ve sait zamanlı aşırı akım koruması 51V Gerilim sınırlamalı faz aşırı akım koruması 59 Aşırı gerilim koruması 59GN/27TN %100 stator toprak koruması 60FL Gerilim transformatörü sigorta hata algılaması 81 Aşırı ve düşük frekans koruma TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -233-

237 87G Faz diferansiyel koruma TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -234-

238 9.16. Kabloların Aşırı Yükle Kısa Devreye Karşı Korunması Elektrik şebekelerindeki kablo ve kablo koruma sistemlerinin aşağıda belirtilen niteliklerde olması istenir Kabloların normal tam yük akımlarını ve elektrik motorlarının yol almasında olduğu gibi geçici aşırı akımları taşıyacak kapasitede olmalı Motorların uzun sürede yol alma olayları gibi geçici aşırı yüklenmelerde motorun ve sistemin performansını düşürecek seviyede gerilim düşümü meydana getirmemeli Kablo için tehlikeli olabilecek uzun süreli aşırı yüklere ve kısa devre akımlarına karşı kablo koruma sistemi yeterli seviyede güvenilir koruma yapmalı Dolaylı temas durumlarında insan ve canlı hayatını korumak için şartnamelerin ön gördüğü seviyede kablo koruma sistemi koruma yapmalıdır Kabloların Aşırı Yüke Karşı Korunması IEC standardına göre korunacak kablo veya iletkenin başlangıcına yerleştırilmiş koruma cihazı ile iletkenler arasında yeterli koordinasyon ve korumanın olması için aşağıda verilen şartların yerine getirilmesi gerekir TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -235-

239 Kesiciler ile korumada I I b I n I 1,45. I 2 Z Burada Z..(1)..(2) 1. I b Devrenin boyutlandırıldığı akım (kablodan geçen sürekli yük akımı) 2. I Z Kablonun sürekli akım taşıma kapasitesi 3. In Koruma cihazının nominal akımı, ayarlanabilir koruma rölelerinde ayarlanan değer yani sürekli çalışma için ayarlanan değer. 4. I 2 Belirlenen sürede koruma cihazının efektif işletmesini sağlayan akım Şekil Akım sınırları TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -236-

240 1. şarta uygun doğru koruma cihazını seçmek için, kesicinin nominal (veya ayarlanan akımını) aşağıda verilen kriterlere göre kontrol etmek gerekir. İstenmeyen açmaları önlemek için yük akımından büyük olacak Kablonun aşırı yüklenmesini önlemek için, kablonun akım taşıma kapasitesinden küçük olacak Standartlar kablonun akım taşıma kapasıtesinin 1,45 katına kadar yüklenmesine sadece kablo malzemesi ve ısınma şartları ve izolasyon malzemesi göz önüne alınarak belirlenen süre kadar yüklenmesine izin verir. Eğer IEC (endüstriyel kullanımlar için kesiciler) uygun olan kesiciler için I 2 =1,3.I n IEC (mesken ve benzeri tesisler için kesiciler) uygun olan kesiciler için I 2 =1,45.I n ise 2. şartı incelemeye gerek yoktur. Bu nedenle kesicilerde, eğer ise incelenecektir. Aşırı akıma karşı sigorta ile koruma gerçekleştirilmek istenildiğinde aşağıda verilen TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -237-

241 I k k k I b I n 1,31 1,45 I I k Z Z 3 I n 1, ,10 I 10 A I n 25 A 25 A İfadeleri gerçeklenmelidir. Bu ise kablonun akım taşıma kapasitesinin tamamen kullanılamıyacağı anlamına gelir. Şekil 9.125: Kesici: Nominal akım seçimi Şekil 9.126:Sigorta: Nominal akım seçimi Örnek: Yük karakteristikleri: Üç fazlı yük TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -238-

242 Kablo akım taşıma kapasitesi: Kesici nominal akımı: Ayarlanabilir termik röleli Kısa Devreye Karşı Koruma Kablolar eğer koruma cihazının üzerinden geçmesine müsaade edilen 2 özgül enerjisi( I. t ) kablonun dayanım enerjisi ( k değerden az ise kablo kısa devreye karşı korunur. Tablo 9.11: Faz iletkenleri için k faktörü değerleri 2.S 2 ) eşit veya bu TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -239-

243 Diğer bir deyimle kısa devre koruma şartı 9.11 den bulunur I. t k. S dir. Tablo Burada 2 I.t Koruma cihazının üzerinden akmasına izin verilen enerji miktarı, imalatçı kataloglarında verilen eğrilerden belirlenir. S kablonun mm2 olarak kesiti olup paralel iletkenler durumunda tek iletkenin kesitidir. k kablo izolasyonuna ve iletken malzeme cinsine bağlı bir faktördür. Tablo 9.12: Kabloların maksimum dayanım enerjisi TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -240-

244 İletken sonundaki kısa devre akımının hesabı Minimum kısa devre hesabı 0,8. U LL. ksec. k par I k min (Nötrüne 1-fazlı yükler bağlanamayan sistem 3-2L 1,5.. S hatlı sistem) ve 0,8. U LN. ksec. k par I k min L 1,5..(1 m). S hatlı sistemler) (Nötrüne 1-fazlı yükler bağlanabilen 4veya 5- İfadeleri kullanılarak bulunurlar. Burada I k min Oluşabilecek kısa devre akımının minimum değeri (ka) U LL Besleme gerilimi faz arası (V) U LN Faz nötr gerilimi (V) İletken malzemesinin 20 0 C deki özgül direnci (ohm.mm 2 /m) Bakır için 0,018 Aluminyum için 0,027 L S korunan iletkenin uzunluğu (m) korunan iletkenin kesiti S N nötr iletkeninin kesiti TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -241-

245 m S S N Tablo 9.13: k 95 mm2 kesitten büyük kesitteki kabloların reaktanslarını göz sec önüne almak için kullanılan faktör Tablo 9.14: k Paralel iletkenler için düzeltme katsayısı par Hesap yapıldıktan sonra bulunan minimum kısa devre akımı I k 1 I ifadesi göz önüne alınarak incelenmelidir. min,2. 3 I 3 Kesicinin magnetik ani açma akımı 1,2 açtırma eşik değeri için tolerans faktörü Örnek: İletkenin sonundaki minimum kısa devre akımı k sec 1, k par 1 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -242-

246 Şekil 9.127: Kesicinin manyetik açma eşik değeri 1600 A ayarlıdır eğer toleranslı ayar isteniyorsa bu değer 1,2 x1600=1920 A değerini aşmamalıdır. Maksimum Koruma Uzunluğu 0,8. U LL. ksec. k par I k min 1,2. I3 ve I k min uzunluğu bulmak için 2L 1,5.. S çözüldüğünde 400 V 3-hatlı, 3-fazlı sistemde bakır iletkenin özgül direncini 0,018 alarak Tablo 9.15 deki değerler elde edilir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -243-

247 Tablo 9.15: Maksimum koruma uzunlukları TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -244-

248 400 V farklı gerilimler için düzeltme faktörü Tablo 9.15 de verilen uzunluk değerleri aşağıda verilen Tablo 9.16 daki değerlerle çarpılarak verilen sistem gerilimi için maksimum koruma uzunluğu bulunur. Tablo V 1-fazlı gerilim 400 V nötründen 1-fazlı yüklerin dağıtıldığı sistemin eşdeğeri olup nötr iletkeninin kesiti faz iletkeninin kesitiyle aynı olduğunda k 0, 58 alınır. v Nötründen dağıtım yapılan sistem için düzeltme faktörü TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -245-

249 Tablo 9.15 deki bulunan değerler bu düzeltme faktörü maksimum koruma mesafesi bulunur. sistem için Özetlenirse; Öncelikle Tablo 9.13 den kablo kesiti ve kesicinin manyetik ani açtırma eşik değeri esas alınarak maksimum koruma uzunluğu L 0 bulunur ve sonra eğer gerekiyorsa sistemin gerekliliklerine ve özelliklerine göre düzeltme faktörleriyle çarpılarak maksimum k0ruma uzunluğu bulunur. Örnek: Nötrüne 1-fazlı yükler bağlanmayan 3-hatlı ve 3-fazlı sistem Nominal gerilim 400 V Kesicinin magnetik açtırma eşik değeri Faz iletken kesiti=nötr iletken kesiti 70 mm 2 Tablo 30 dan iletken kesiti ve magnetik açtırma eşik akımı için maksimum koruma uzunluğu 346 m bulunur. Örnek : Nötrüne 1-fazlı yükler bağlanan 4-hatlı ve 3-fazlı sistem Nominal gerilim 400 V Kesicinin magnetik açtırma eşik değeri Faz iletken kesiti 300 mm 2 Nötr iletken kesiti 150 mm 2 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -246-

250 Tablo 6 dan I 3 =2000 A eşik değeri 300 mm2 kesit değeri için maksimum koruam uzunluğu bulunur. k d düzeltme faktörü Elde edilir Koruma (PE), Nötr (N) ve Eşpotansiyel Bağlantı İletkenleri Nötr İletkenleri Nötr iletkeni sistemin nötr noktasına bağlanan bir iletkendir.elektrik gücünün taşınmasına katkı yapan ve faz arası gerilimden farklı 1-fazlı yükler için faz nötr gerilim oluşturulmasını sağlayan elektrik sisteminin aktif bir elemanıdır. Belirli durumlarda ve özel şartlar altında nötr iletkeni(n) ile koruma iletkeni (PE) tek bir iletken olarak birleştirilirler. Nötr İletkeninin Açılması (veya Kopması) ve Koruma. Nötr iletkende veya sistemde bir hata oluşursa nötr iletkeni üzerinde gerilimler meydana gelebilir. Söz konusu hatalar faz-nötr arası kısa devresi, korunan cihazda izolasyon hatasından meydana gelen toprak hataları, Nötr iletkeninin kazara kopma suretiyle veya koruma cihazları tarafından tek kutuplu (sigorta ve tek kutuplu kesici) açılmalarda görülür. Eğer 4-hatlı sistemlerde sadece nötr açılırsa besleme gerilimi 1-fazlı TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -247-

251 yüklerde aşağıdaki şekilde görüldüğü gibiu 0 faz-nötr gerilim değerinden faklı değerler alabilir. i. Şebeke iki fazında yüklü ise Şekil 9.127: Nötr iletkenin kopma durumu Tüketicilere uygulanan gerilimler, aşağıda verilen bulunabilir. ifadeler yardımıyla 1. Tüketici için U U Z U 1 L1 N. L1L2 Z1 Z 2 2.Tüketici için Z U 2 L2 N. L1L2 Z1 Z 2 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -248-

252 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI Nötr hattındaki gerilim L L N L L L N U Z Z Z U U U.U 1 Z Z U U Empedanslar yerine bunlara tekabül eden güçleri ifadede yerine koyarsak ve ifadeyi sadeleştirirsek S U Z LN ve S U Z LN 1. Tüketici için L L N L U S S S U S S 2. Tüketici için L L N L U S S S U S S Nötr hattındaki gerilim L L N L L L N U S S S U U U.U 1 S S U U U 1 gerilim değeri faz-nötr gerilim değerinin çok üzerinde olacağından 230 V luk1-fazlı cihazlar tahrip olabilir. Ayrıca TN-C sistemlerde nötr iletkenler üzerindeki gerilimin varlığı insan hayatı için tehlike arz eder.

253 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI ii. Üç fazın yüklenme durumu Şekil : 3-fazlı yüklenmede nötrün kopması Süperpozisyon teoremi kullanarak aşağıdaki ifadeyi yazabiliriz L L L N U Z Z Z Z Z Z Z Z Z U Z Z Z Z Z Z Z Z Z U Z Z Z Z Z Z Z Z Z U.U Z Z Z Z.U Z Z Z Z.U Z Z Z Z Empedanslar güçler cinsinden yazılıp ifade sadeleştirilirse L L L N U S S S S S U S S S S S U S S S S S U.U S S S S.U S S S S.U S S S S

254 Bu durumda tek fazlı yüklerin terminallerine 3-faz üzerinden gerilim uygulanacaktır U L 3 N U L 3 U N a 1 2 j 3 2 olmak üzere U a U ve U L3 a. U L1 dir. 2 L2. L1 Örnek 3-faz + N+PE 400V sistemde herbir faza bağlı tek fazlı yükler P L1N =300W, P L2N =500W ve P L3N =700W olup yükler rezistif karakterlidir. U N U.U L3. U.U L2. U.U L1 U 0 N 2 0,467. au. L1 0,332. a. U L1 0,0200. U L1 0,199 j.0,669. U L1 U N 0,697. U L U 0 L3N au L3 U N 0,5 j.0,866 U L1 0,199 j.0,669 U L1N 0,301 j.0,197. U L1 U L3N 0, 36 U 1 2 L2N a. U L1 U N 0,5 j.0,866 U L1 0,199 j.0,669. U L1 0,301 j.1,535. U L1 U L2N 1, 56 Buna göre nötr (N) noktasındaki gerilim U 0,697. U 1 0, V 156 V N L. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -251-

255 L3 hattına bağlı tüketiciye uygulanan gerilim U L 1N 0,360. U L1 0, V L2 hattına bağlı tüketiciye uygulanan gerilim U L 2N 1,564. U L1 1, V L1 hattına bağlı tüketiciye uygulanan gerilim U L 1N 1,044. U L1 1, V Bu durumda eğer alçak gerilim baralarında aşırı gerilime karşı parafudr gibi koruma elemanı yoksa L2 hattına bağlı 1-fazlı cihazlar tahrip olarak devre dışı olur ve L1, L3 hattına bağlı 1-fazlı yükler şekil de görülen şekilde beslenirler. Bu besleme şeklinde L1 hattındaki 1-fazlı yükler S3 700 U L 1N. U L1L V S S ve L3 hattına bağlı 1-fazlı yükler S1 300 U L 3N. U L1L V S S kalacaktır. Nötrde ise 1 3 gerilim altında U N S3 700 U L1L3 U L1N 1. U.U L1L V S S TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -252-

256 gerilim oluşacaktır. L1 hattına bağlı olan tüketici aşırı gerılımden dolayı tahrip olup devre dışı olduğunda Nötr iletkeni toprağa göre 230 V gerilim altında kalacaktır. Gerçekte nötr iletkeni aynı zamanda koruma iletkeni kullanıldığında elektrik cihazlarının işletme esnasında aktif olmayan ve koruma amacıyla PEN iletkenine bağlanan açıktaki iletken bolümlerinde cihazda herhangi bir hata olmadığı halde söz konusu gerilim altında kalır. Yukarda açıklanan nedenlerden dolayı bu tip hatayı önlemek için aşağıda açıklanan tedbirler alınmalıdır. Alçak gerilim tesisleri paralel bağlı koruma cihazları yardımıyla aşırı gerilimlere karşı korunurlar IT sistemlerde OG/AG transformatörün aşırı gerilim sınırlandırıcıları yerleştirerek sadecegüç frekansındaki aşırı gerilimlere karşı koruma sağlanır. Alçak gerilim panolarına veya birleşik yüklere parafudrlar tesis ederek Bu korumalar için kullanılan başlıca teknolojiler Zener diodları Gaz deşarj tüpleri Çinko oksit parafudrlar TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -253-

257 Parafudrların Alçak Gerilim Tesislerinde Yerleştirilmesi TT Sistemler Şekil TN-C sistemler için standardlar kazara kopmalari önlemek amacıyla minimum nötr iletken kesiti belirlemiş ve aynı standardlar PEN iletkeninin herhanği bir cihaz kullanımıyla devre dışı edilmesini yasaklamışlardır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -254-

258 TT veya TN Sistemler. Eğer nötr iletkeninin kesiti faz iletkeninin kesitiyle aynı veya faz iletkeni kesitinden daha büyükse söz konusu sistemde ne nötr üzerinde aşırı akım kontrolu amacıyla sensör konmasına ne de nötrü açmak için kesici kullanmaya gerek yoktur. Böyle durumlarda nötr iletkeni korunmaz ve açılmaz. Ancak bu durum söz konusu sistemde yüksek genlikli harmonikler yoksa ve herhangi bir faz üzerinde ölçülen maksimum akımdan daha yüksek bir akım nötr üzerinden geçmiyorsa geçerlidir. Eğer nötr iletkeninin kesiti faz iletkeninin kesitinden düşükse nötr üzerindeki aşırı akımlar faz iletkenlerinde olduğu gibi mutlaka kontrol edilmelidir. Fakat nötr iletkeninin açılmasına gerek yoktur. Nötr iletken korunur fakat açılmaz. Diğer bir deyimle sistem de 3-kutuplu açma yapılır yani sadece faz iletkenleri açılır. Söz konusu edilen durum için aşağıda belirtilen şartlar aynı anda gerçeklenirse nötr iletken üzerindeki aşırı akımların algılanmasına gerek yoktur. Nötr iletkenleri kısa devreye karşı faz iletkenlerinin koruma cihazları vasıtasıyla korunuyorsa, Normal çalışma esnasında; nötr iletkeni boyunca akabilşecek maksimum akım nötr iletkeninin akım taşıma kapasitesinin altında bir değerde ise. TN sistemde işletme şartları altında nötr iletken toprak potansiyelinde güvenilebilir seviyede kalabiliyorsa açılmasına gerek yoktur. Belirli özel durumlarda nötr iletkeni paralel besleme kaynakları arasındaki sirkülasyon akımlarını önlemek amacıyla mutlaka açılmalıdır, yani böyle sistemlerde 4-kutuplu kesici kullanılmalıdır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -255-

259 Şekil kutuplu anahtarlı alternatif alkım güç beslemesi IT Sistemler. Standartlar IT sistemlerinde 1-fazlı yüklerin dağıtımı için nötrün kullanılmasını tavsiye etmezler. Bu na rağmen It sistemlerde 1- fazlı yüklerin beslenmesinde nötr kullanılırsa her bir devreye ait nötr iletkeni üzerinde aşırı akımların, hata durumunda ilgili devrelerdeki tüm aktif iletkenleri devre dışı etme amacıyla algılanması ve kontrol edilmesi gerekmektedir. Bu sistemlerde nötr bsistemler korunur ve açılır yani sistemde 4- kutuplu açma söz konusudur. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -256-

260 Aşağıda belilenen durumlarda nötr iletken üzerine aşırı akımları algılamaya gerek yoktur. Nötr iletken kısa devreye karşı besleme tarafına konan koruma cihazı vasıtasıyla korunuyorsa Devre RCD (rezidüel akım koruma cihazı) tarafından korunuyor ve cihazın açma akım eşik değeri nötr iletkenin akım taşıma kapasitesinin 0,15 inden az ise. Bu cihaz nötr iletkenle birlikte aktif iletkenlerin tamamını devreden ayırır. Dağıtım sistemlerinin hepsinde gereken her yerde nötr iletkeninin devreden ayrılması ve bağlanması aşağıda belirtilen şartlarda olur. Faz iletkeni açılmadan önce nötr iletkeni açılamaz Nötr iletkenleri aynı anda devreye girer veya Faz iletkeninden önce devreye girer. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -257-

261 9.17. AG Sistemlerinde Aşırı Gerilime Karşı Koruma Transiyen aşırı gerilim, milisaniye mertebelerinden daha kısa süreli nominal gerilimin 20 katına ulaşabilen gerilim darbeleridir. Gerilim darbelerine karşı koruma cihazları kullanılmadığında transiyen aşırı gerilimler elektrik ekipmanına ulaşır ve sonuçta söz konusu ekipman tahrip olur. Şekil Koruma ekipmanı olmayan cihaza transiyen gerilimlerin ulaşması Gerilim darbelerine karşı koruma cihazları transiyent gerilimlerini sınırlandırarak darbe akımlarını toprağa yönlendirir. Şekil 2. Şekil Aşırı gerilime karşı koruma cihazının cihazı koruması TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -258-

262 Aşırı gerilimlere karşı koruma cihazı, en az bir lineer olmayan elemandandan oluşur. Normal işletmede açık devre elemanı olarak işlem görür ve aşırı gerilim darbeleri koruma elemanına ulaştığında kapalı devre olarak davranır. Yıldırım düşmesi Düştüğü noktadan kilemetrelerce uzaklıklara ulaşarak elektrik tesisleri üzerinde tahrip edici ve bozucu etkiler meydana getirir. Fırtına sırasında kablolar, yıldırım etkisini, binaların içinde tesis edilen elektrik ekipmanlarına taşır. Doğrudan yapı üzerine isabet eden yıldırımların yıkıcı ve neden olacağı yangın riskine karşı korumak üzere yapı üzerine tesis edilen yakalama çubuğu veya faraday kafesi gibi yıldırımdan koruma sistemleri yapı içinde bulunan veya ana besleme sistemlerine bağlanan elektrik ekipmanlarının tahrip olma riskini arttırır. a) yıldırımın doğrudan enerji nakil hattı b)yıldırımın dolaylı olarak enerji üzerine isabet etmesi nakil hattına isabet etmesi Şekil 9.133: Yıldırımın enerji nakil hattına doğrudan ve dolaylı yoldan isabet etmesi TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -259-

263 Şekil 9.134: Yıldırımın yakalama çubuğuna isabeti Yıldırımdan koruma cihazı, yüksek darbe akımlarını toprağa akıtır ve bu esnada tesis edilen binanın yakınındaki toprağın potansiyeli önemli derecede yükselir. Bu toprak terminalleri üzerinden doğrudan ve yeraltı besleme kabloları üzerinden indüklenerek elektrik ekipmanları üzerinde aşırı gerilimlere neden olurlar. Güç dağıtım sistemleri üzerindeki açma kapama işlemleri Genelde transformatörlerin, motorların veya indüktansların açma kapama işlemleri, yükün değişimi ve kesicinin açılması kullanıcı yapılarına nüfuz eden aşırı gerilimlere yol açar. Özellikle enerji üretim istasyonlarına veya enerji taşıma ve dağıtım istasyonlarına yakın yapılarda aşırı gerilim değeri TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -260-

264 daha yüksek olabilir. Yüksek gerilim hava hatları ile alçak gerilim hava hatları arasında karşılıklı endüksiyondan veya kaza sonucu doğrudan kontak olması dolayısıyla da aşırı gerilimler meydana gelir Aşırı Gerilim Koruma Cihazları Parametrelerin Açıklanması Korumanın amacı Aşırı gerilim dalgalarına karşı koruma cihazı, akım darbelerini ve aşırı gerilimlerinin tehlikeli kısmını, toprağa akıtarak ve zararsız kısmınını ise şebeke üzerinden geçirerek aşırı gerilimlere karşı korumaktır. Aşırı gerilime karşı koruma cihazları bağlanan ekipman ve cihazların dayanım gerilimlerine uygun değerlerde aşırı gerilimleri sınırlandırırlar. Koruma parametreleri Yüksek değerde akımı toprağa göderebilme yeterliliği, Mümkün olan endüşük seviyede gerilimin sınırlandırılması... Dalga şekillerinin Oluşumu 10/350 ve 8/20 Farklı iki dalga şekli ile akım darbeleri temsil edilir : Doğrudan yıldırım isabetine uygun (10/350 μs) uzun dalga şekli Amortize edilmiş dolaylı yıldırım isabetini temsil eden (8/20 μs) kısa dalga şekli TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -261-

265 Şekil Yıldırım çubuğu üzerine doğrudan yıldırım isabeti Şekil 9.136: Hava hattı üzerine yapıya yakın doğrudan yıldırım isabeti. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -262-

266 Şekil 9.137: Hava hattı üzerine yapıya uzak doğrudan yıldırım isabeti. Şekil 9.138: Toprağa dolaylı yıldırım isabeti TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -263-

267 Şekil 9.139:Yapı yakınlarında bir cisim üzerinden dolaylı yıldırım isabeti Yıldırıma ve Aşırı Gerilimlere Karşı Koruma Sistemleri Semboller Tablo 9.16 Yıldırıma karşı koruma sisteminin tasarımında kullanılan şekiller ve semboller. (DIN V VDE V (VDE V bölüm: ve DIN EN 60617: e göre) TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -264-

268 TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -265-

269 Tasarımda kullanılacak standartlar ve düzenlemeler Kullanılacak standartlar ve düzenlemeler tablo 9.17 de verilmiştir. Tablo Yıldırımdan koruma sistemleri için standartlar ve düzenlemeler. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -266-

270 Yıldırım Deşarjı ve Zamana Bağlı Olarak Yıldırım Akımının Gelişimi Yıldırımın toprağa doğru çakması buluttaki şarj ile toprak üzerindeki elektrostatik şarj arasında şarj nötralizasyonuna yol açar. Toprakla bulut arasında iki tip yıldırım çakması vardır. Bunlardan birincisi buluttan aşağıdaki toprağa doğru düşen yıldırım, diğeri ise topraktan yukardaki buluta doğru çıkan yıldırım deşarjıdır. Şekil Negatif ve pozitif aşağı doğru buluttan toprağa çakan yıldırımın mekanizması TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -267-

271 Aşağıya doğru çakma durumunda, yıldırımın başlangıç deşarjları buluttan aşağı doğrudur. Bu gibi deşarjlar, düz arazilerde ve küçük bina ve yapıların yakınlarında meydana gelir. Bu yıldırımlar, çoğunlukla toprağa doğru çakan negatif deşarjlardır. Toprağa doğru pozitif çakma, daha alçakta olan yıldırım bulutunun pozitif olarak şarj olduğu alanlarda meydana gelir. Yıldırımların %90 ı negatif şarjlı, geri kalan %10 u pozitif şarjlıdır. Bu oran coğrafik yerleşime bağlıdır. Çok yüksekte ve çıplak olan yapılarda (radyo anten direkleri, telekomünikasyon kuleleri, sarp kayalıklar gibi) veya dağların tepelerinde, yukarıya doğru çakan yıldırımlar görülür. Bu yıldırımlar yukarı doğru uzanan pek çok yıldırım dalları olarak teşhis edilirler. Şekil Negatif ve pozitif aşağıdan yukarı yerden buluta doğru çakan yıldırımlar TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -268-

272 Şekil Yıldırımın düşme şekilleri Darbe akımları ve sürekli akımlardan meydana gelen yıldırım akımlarına ait dört-parametre, yıldırımdan koruma teknolojisi için çok önemlidir. Bunlar Yıldırım akımının tepe değeri, Kısa etki şarjı Q short ve uzun etki şarjı Q long dan meydana gelen Q flash yıldırım akımı şarjı, Yıldırım akımının W/R spesifik enerjisi, Yıldırım akımının di/dt dikliği veya cephe süresidir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -269-

273 Yıldırım akımının tepe değeri Yıldırım akımları, yükleme akımları olmadığından; yıldırım deşarjı büyük bir yaklaşıklıkla ideal akım kaynağı olarak göz önüne alınır. Bu aktif elektrik akımı, iletken eleman üzerinden aktığında; akımın büyüklüğü, akımın üzerinden aktığı iletken elemanın empedansının belirlediği ve ohm kanunu ile belirlenen gerilim düşümü meydana gelir. U I. R Eğer akım homojen yüzey üzerinde tek bir noktada şekillenirse, potansiyel gradyenleri ortaya çıkar. Bu etki, yıldırım homojen olarak toprağa düştüğünde ortaya çıkar. Şekil Homojen toprağa yıldırım düşmesinde potansiyel dağılımı TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -270-

274 Potansiyel gradyen alanı içindeki canlılar, vücudun üzerinden akan ve şok akımı meydana getirecek olan adım gerilimi tehlikesi altındadır. Yıldırımdan koruma sistemi ile donatılan bir yapıya yıldırım isabetinde, RE direncine sahip toprağa bağlantı sistemi üzerinden, bir potansiyel yükselmesi meydana getirerek akar (şekil.9.144) Şekil Yıldırım akımının tepe değerinden dolayı binanın toprağa bağlantı sisteminde potansiyel yükselmesinin meydana gelmesi Binada bulunan tüm objelerde aynı derecede potansiyel yükselmesi sağlandığı takdirde bina içinde bulunan personel, bunlara dokunması durumunda herhangi bir tehlikeye maruz kalmaz. Bunun nedeni bütün iletken bölümler, eşpotansiyel bağlantılarla birbirine bağlanmalarıdır. Eğer TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -271-

275 bu bağlantı sistemi göz ardı edilirse, yıldırım düşmesi halinde binada bulunan personel tehlikeli şok gerilimlerine maruz kalacaktır. Toprak bağlantı sistemindeki potansiyel yükselmesi elektrik tesislerinde tehlikeli yıldırım akımları meydana getirecektir. (Şekil.9.145) Şekil Toprak bağlantı sisteminde potansiyel yükselmesinin elektrik tesis üzerindeki etkisi Şekil de görüldüğü gibi, AG besleme şebekesinin işletme toprağı, yıldırım akımının neden olduğu potansiyel gradiyen alanının dışında yer almıştır. Binaya yıldırım düştüğünde R B işletme topraklamasının potansiyeli, bina içindeki tüketici sisteminin topraklama potansiyeli ile TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -272-

276 aynı olmayacaktır. Yukarıdaki şekilde iki toprak arasındaki potansiyel farkı, 1000 Volt olacaktır. Bu durum, elektrik tesisini ve buna bağlı ekipmanların izolasyonunu tehlikeye atmaktır. Yıldırım akımının dikliği ve dephesi t Zaman aralığında etkili olan i t yıldırım akımının cephesi elektromanyetik olarak indüklenen gerilimlerin yüksekliği ile belirlenir. Bu gerilimler yıldırım akımının aktığı iletkenlerin yakınında bulunan açık veya kapalı iletken gözlerde indüklenirler. Şekil da yıldırım akımlarının indüklediği iletkenlerin gözlerin muhtemel şekillerini göstermektedir. Kare dalga olarak indüklenen U gerilimin t zaman aralığı süresindeki değeri, i U M. M karşılıklı indüktans ve i t yıldırım akımının dikliği t veya cephesi Şekil Yıldırım akımının i t akım cephesi tarafından gözlerde indüklenen kare dalga gerilimler. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -273-

277 . Şekil Kare gözlerde indüklenen kare dalga gerilimlerin hesabı için örnek Yıldırım Akımının Şarjı Q flash yıldırım akımı şarjı, Q shor kısa vuruş şarjı ve Q long uzun vuruş şarjından meydana gelir. Şarj Q i. dt ifadesi ile belirlenir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -274-

278 Yıldırım akımının şarjı izole yol boyunca yıldırım akımının devam ettiği tüm noktalarda ve yıldırımın düştüğü noktalarda enerji depolanmasını belirler. W depolanan enerji Q şarjı oluşturduğu miktarın açığa çıkardığı elektrik arkı esas alarak ve Anod/katod gerilimine U A, K bağlı olarak (şekil 9.148) ifade edilir. U A,K nın değeri, 10V civarındadır ve akımın şekline ve yüksekliğine bağlıdır. Şekil 9.148: Yıldırım akımı tarafından oluşturulan çarpma noktasında enerji dönüşümü W QU. A, K Q yazılır Q : Yıldırım akımı şarjı U A,K : anod/katot gerilimi Yıldırım akımının şarjı materyalin erimesine neden olur. Söz konusu şarjın neden olabileceği hasarlar, uygun kıvılcım atlatıcı veya koruma kıvılcım atlatıcı vasıtasıyla ortadan kaldırılmalıdır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -275-

279 Spesifik enerji Darbe akımının spesifik enerjisi W/R, 1 Ω dirençte darbe akımı tarafından depoladığı enerji olarak ifade edilir. Bu enerji depolaması, darbe akım süresinde darbe akımının karesinin integrali olarak ifade edilir. W R 2 ı. dt Spesifik enerji, bundan dolayı darbe akımının karesi olarak anılır. Bu iletkenler arasında akan yıldırım darbe akımı, iletkenler arasında kuvvetler meydana getirdiği gibi aynı zamanda sıcaklık yükselmesine neden olurlar. (Şekil 10). Şekil Yıldırım akımının spesifik enerjisi tarafından meydana getirilen ısınma ve kuvvet etkileri TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -276-

280 Bu spesifik enerji W W R. ı 2. dt R. şeklinde yazılır. R R iletkenin sıcaklığa bağlı DC direnci W/R spesifik enerji Üzerinden yıldırım darbe akımının aktığı iletkenlerdeki sicaklık artışının hesabı, eğer ortamda insan hayatı riski veya patlama riski varsa mutlaka yapılmalıdır. Yıldırımdan koruma sisteminde bulunan elemanların omik dirençleri tarafından meydana getirilen termal enerji hesaplanır. Tablo 9.18 de yıldırımdan koruma sistemlerinde kullanılan farklı materyallerin sıcaklık yükselmesi spesifik enerjinin fonksiyonu olarak kesitleri verilmiştir. Tablo 9.18 Farklı iletken mataeryallerinde T sıcaklık yükselmesi F elektrodinamik kuvvetler şekil de görüleceği üzere hattın paralell uzunluğu L ye ve aralarındaki açıklık d ye ve akım şiddetine bağlı olarak meydana gelir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -277-

281 Şekil Paralel iletkenler arasındaki elektrodinamik etkiler. Elektro dinamik kuvvetler 0 L F t. i 2 t. 2. d ifadesiyle belirlenir. Burada i, iletkenler üzerinden akan akım H / m havanın manyetik sabiti 0 l, iletkenin uzunluğu d, paralel iletkenler arasındaki açıklıktır. İletkenler arasındaki kuvvet eğer akım iletkenlerde aynı yönde akıyorsa çekme olarak eğer ters yönde akıyorsa itme olarak tesir ederler. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -278-

282 Yıldırım Koruma Seviyelerine göre Yıldırım Akım Parametrelerinin Tayini Enterferans kaynağı olarak yıldırımı açıklamak için, yıldırım koruma seviyeleri I den IV e kadar belirlenir. Her bir koruma seviyesi aşağıda açıklanan seviyelerin belirlenmesini gerektirir: Yıldırımdan koruma elemanlarının tasarımı için kullanılan boyutlandırma kriterlerinin maksimum değerleri Doğrudan yıldırım düşmesine karşı yeterli korumayı sağlayacak alanı belirleyecek yakalama kriterlerinin minimum değerleri (döner kürenin yarı çapı) Tablo 19 da yıldırım akım parametrelerinin maksimum ve minimum değerlerine göre yıldırım koruma seviyelerinin tayini gösterilmektedir. Tablo 9.19: Yıldırım akımları parametrelerinin sınır değerleri ve gerçekleşme ihtimaller. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -279-

283 9.18. Yıldırımdan Koruma Sisteminin Tasarımı Yıldırımdan koruma tesisi yapılması gereken yapılar ve tesisler den fazla ziyaretçinin olacağı açık veya kapalı toplantı yerleri ve bunların yanlarındaki odalar ve kapalı alanlar, sinema ve film gösteri yerleri den fazla insanın ikamet edeceği yerler, okullar, müzeler, teknik araştırma binaları, teknik tesisler ve bunlara ait kaçış yolları m 2 den büyük pazar yerleri. 4. Birbirine doğrudan veya ara geçişlerle bağlı 2000m 2 den küçük olmayan birçok satış bölümlerinden oluşan alış veriş merkezleri m2 den büyük fuar alanları ve teşhir salonları kişiden fazla restoranlar ve 60 yatak kapasiteden fazla oteller. 7. Yüksek yapılar. 8. Hastahaneler ve poliklinikler ve benzer maksatla kullanılan diğer binalar. 9. Orta ve geniş ölçekli garajlar. 10. Patlayıcı maddelerin üretildiği fabrika ve tesisler. 11. Yangın tehlikesi yüksek kimyasal üretim yapan ve benzeri fabrikalar. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -280-

284 12. Petrol pompa istasyonları, vana istasyonları ve depolama, dolum ve yükleme tesisleri. 13. Demir yolu garları ve istasyonlar ile 14. Okullar, barakalar Hasar Riskinin Tayini ve Koruma Elemanlarının Seçimi Risk yönetimi Risk yönetimi, firma için apaçık risklerin hesaplanmasından ibarettir. Bu ise, risklerin sınırlandırılması için temel kararların belirlenmesini ve sigorta tarafından kabul edilen riskleri kapsar. Hassas elektrik ekipmanlara sahip olan tesislerde özel durumlar mutlaka dikkate alınmalıdır. Bu tip cihazların yıldırım düşmesi sonucu hasarlanması, işletmeyı kısa veya uzun süre ile durmasına neden olabilir. Cihazlar üzerinde kalıcı hasarlar meydana getirir veya tamamen tahrip olmasına neden olur Risk tayinin esasları DIN VDE yıldırım hasarı riski (R), genellikle aşağıda verilen ifade kullanılarak tayın edilir. R N.P. N Söz konusu alanda yıldırım düşme sıklığı P Hasar ihtimali, yıldırımın meydana getireceği hasarın büyüklüğü TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -281-

285 δ Hasarın miktar olarak değerlendirilmesi için hasar faktörüdür. Yıldırım düşme sıklığı Bina veya yapı için yıldırım düşme sıklığı arasında bağlantı kurulabilir. N D Yapıya veya binaya doğrudan yıldırım düşme sıklığını; N M Elektromanyetik etkili yakın yer yıldırım düşme sıklığını; N L Bina ve yapı içine giren kullanım hatlarında doğrudan yıldırım d üşme sıklığını; N I Yapı veya binaya giren kullanım hatlarına komşu hatlara yıldırım düşme sıklığı olmak üzere N D bina veya yapıya doğrudan yıldırım düşme sıklığı: N N. A. C ifadesi ile belirlenir. D g d d Bu ifadede N g, yılda km 2 başına yıldırım yoğunluğu (ilgili bölge için meteoroloji müdürlüklerinden alınacak, bulunamadığı takdirde 3,75 ile 4,50 arasında alınabilir.) A d, izole yapı veya binanın eşdeğer toplama alanı Şekil Tek başına bir binanın doğrudan yıldırım düşmesi için eşdeğer toplama alanı A d binanın TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -282-

286 Burada H: bina veya yapının yüksekliği, W: yapı veya binanın genişliği, L: yapı veya binanın uzunluğudur. Tablo C d çevre faktörü N M elektromanyetik etkili yakın yer yıldırım düşme sıklığı ise genellikle aşağıdaki bağlantıdan hesap edilir. N M. A m A m, bina veya yapı etrafında 500m mesafede çekilen bir hatta yakalama alanı (şekil 9.152) Şekil Yapıya yakın dolaylı yıldırım etkisi için eşdeğer yakalama A m, A l, A i alanları TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -283-

287 Am : alanı üzerinde yıldırım düşmesi, bina veya yapı içindeki tesis gözlerinde sadece manyetik olarak indüklenen darbelere yol açar. H C : metre olarak hattın toprak seviyesinden yüksekliğidir. ρ L C H : ohm.metre olarak toprak özgül direnci (ρ = 500 Ωm; özgül direnç değerine kadar), : hattın metre olarak uzunluğu (yapı veya binanın ilk bağlantı kutusundan veya ilk darbe koruma cihazından maksimum 1000 metreye kadar olan uzaklık), : bina veya yapının metre olarak yüksekliği, Ha : Aynı hat üzerinden bağlı komşu bina veya yapının yüksekliği, N L : bina ve yapı içine giren kullanım hatlarında doğrudan yıldırım düşme sıklığı ; Aşağıda verilen ifade yardımıyla hesaplanır. N N. A. C A. C. C L g i S a d i A l alanı (şekil 152) hattın tipinin bir fonksiyonudur (hava hattı, yer altı kablo hattı), L C hat uzunluğunun ve kablo hattı durumunda; ρ toprak özgül direncinin bir fonksiyonu, hava hattı için, hattın topraktan H C yüksekliğinin bir fonksiyonudur. Tablo Eşdeğer yakalama alanı A 1 ve A İ alanları TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -284-

288 Eğer hattın uzunluğu bilinmiyorsa, en kötü durum olarak L C =1000 metre alınır. Gerekiyorsa A1 eşdeğer yakalama alanı Aa ya kadar arttırılabilir. Eğer A1 alanı içinde AG hattı yerine, OG hattı var ise transformatör bina veya yapıya girişteki darbeleri azaltır. Bu gibi durumlarda düzeltme faktörü Ct=0,25 alınır. Cs düzeltme faktörü bina yoğunluğunun bir fonksiyonudur. Kırsal alanlarda Cs=0,2; binaların yoğun olduğu yerleşim yerlerinde Cs=1 alınır. N L sıklığı her bir kullanım yerine giren hat için teker teker belirlenmelidir. Şekil 9.153: TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -285-

289 9.19. Yıldırımdan Koruma Sistemi Yıldırımdan koruma sistemi, binaları veya yapıları yangından, mekanik tahribatlardan insan ve personel yaralanmalarından ve hatta ölümlerden korur. Yıldırımdan koruma sistemi harici ve dahili yıldırımdan koruma sistemlerinden meydana gelir. Şekil Yıldırımdan koruma sisteminin elemanları TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -286-

290 Harici yıldırımdan koruma sisteminin fonksiyonları: Yakalama sistemi vasıtasıyla yıldırım yakalanması, İndirme iletkenleri vasıtasıyla emniyetli bir şekilde toprağa iletilmesi, Toprak bağlantı sistemi üzerinden toprakta yıldırım akımının dağıtılması, Dahili yıldırım koruma sisteminin foksiyonu Binanın veya yapının içinde tehlikeli kıvılcımları önlemektir. Bu ise yıldırımdan koruma elemanları arasında ve bina içindeki diğer elemanlar arasında eşpotansiyel bağlantılarla ve emniyet mesafeleri ile sağlanır. Eş potansiyel bağlantılar, yıldırım akımı tarafından meydana getirilen potansiyel düşümleri, diğer bir ifade ile gerilim yükselmelerini, azaltır. Bu ise tesis içindeki iletken bölümlerin doğrudan veya darbe koruma cihazları SPD üzerinden bağlanması ile sağlanır. (Şekil9.155) Şekil Yıldırımdan koruma sistemi TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -287-

291 I, II, III ve IV olmak üzere dört tip yıldırımdan koruma sistemi vardır. Söz konusu koruma tipleri yıldırımdan koruma seviyesine uygun olması esas alınarak yapım kuralları doğrultusunda belirlenir Harici Yıldırımdan Koruma Sistemi Yıldırım yakalama sistemi Yıldırım yakalama sisteminin fonksiyonu korunan bölüme zarar verebilecek doğrudan yıldırım düşmesini önlemektir. Korunan yapıya kontrolsüz yıldırım düşmesini önlemek üzere tasarlanırlar.yıldırım yakalama sistemi doğru olarak boyutlandırılarak yapıya düşen yıldırımın etkisi bu yolla azaltılır. Yakalama sistemleri aşağıdaki elemanlardan ve birbirleriyle olan kombinasyonlarından meydana gelirler. Bunlar Yakalama çubukları Çatı kiriş hatları ve kablolar Birbirleri ile bağlı gözlü iletkenlerdir Yıldırımdan koruma sistemi, yakalama sisteminin yerlerinin belirlenmesinde; korunacak yapının saçaklarına ve köşelerine özel dikkat ile yerleştirilmelidir. Bu uygulama, özellikle çatı yüzeyleri üzerindeki yakalama sistemlerine uygulanır. Yakalama sisteminin köşelere ve saçaklara monte edilmesi çok önemlidir. Yakalama sistemini yerleştirmek ve düzenlemek için üç metot kullanılır. Bunlar : 1. Döner veya yuvarlanan küre metodu TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -288-

292 2. Örgü veya göz metodu 3. Koruma açısı metodu Döner küre metodu evrensel tasarım metodu olup özellikle geometrik olarak karmaşık uygulamalar için tavsiye edilir. Yıldırım Yakalama Sisteminin Tipleri ve Tesis Metotları Döner Küre Metodu geometrik elektriksel model Toprağa doğru yıldırım parlamasında, seri reflekslerle yıldırım boşalması kademeli olarak buluttan toprağa (aşağı) doğru bir öncü deşarj gelişir. Öncü deşarj, toprağa birkaç on metre ila birkaç yüz metre yaklaştığında, toprağa yakın yerde havanın elektriksel izolasyon dayanımını aşar. İleri ki safhada yukarı doğru ve/veya aşağı doğru olan öncü deşarja benzer öncü deşarj gelişir. Bu iki öncü deşarjın birleşme noktasında yıldırım meydana gelir. (Şekil 9.156) Şekil Düşme noktasının açıklanması TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -289-

293 Yukarı doğru öncü deşarjın başlangıç noktası ve takip eden düşme noktası, aşağıya doğru öncü deşarjın başı, esas alınarak belirlenir. Aşağı doğru öncü deşarjın başı, toprağa belirli mesafeler içinde yaklaşır. Bu mesafe, aşağı doğru öncü deşarjın başı olarak, toprağın elektrik alan kuvvetinin sürekli artışı ile belirlenir. Aşağı doğru öncü deşarjın başı ile yukarı doğru öncü deşarjın başlangıcı arasındaki en kısa mesafe hb son düşme mesafesi olarak belirlenir. Bu aynı zamanda döner kürenin yarı çapıdır. Yukarı doğru öncü deşarjın bir noktasında elektrik alan kuvvetinin izolasyon dayanımını aştığında, gecikmeksizin tam deşarj meydana gelir. Hava koruma iletken hatlarındaki ve yüksek gerilim direklerindeki gözlemler, geometrik elektrik modelinin için esas olarak kullanılır. Düşme noktası aşağı doğru öncü deşarjın başına en yakın obje tarafından belirlenir. Yıldırımdan koruma sisteminin tiplerinin sınıflandırılması ve Döner kürenin yarıçapı Birinci yaklaşım olarak, yıldırım akımının tepe değeri ile aşağı doğru öncü deşarjda depolanan elektriksel şarj arasında bir oransallık vardır. Ayrıca aşağıya doğru öncü deşarjın yaklaşmasında toprağın elektriksel alan kuvveti, aşağı doğru öncü deşarj da depolanan şarja bağlıdır. Buna göre I yıldırım akımının tepe değeri ile R döner küre yarı çapı arasında 0,65 R 10. I bağlantısı vardır. Burada R (metre) ve I ka birimleri ile verilir. DIN VDE de yıldırıma karşı yapıların koruması açıklanmıştır. Bunlarla beraber söz konusu standart, yıldırımdan koruma sistemlerinin sınıflandırılmasını açıklamış ve bunlara ait yıldırımdan koruma tedbirlerini belirlemiştir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -290-

294 Yıldırımdan koruma sistemlerinin dört tipi arasında, farklılıklar vardır. I. Tip yıldırımdan koruma sistemi, en yüksek korumayı sağlarken; IV. Tip yıldırımdan koruma sistemi, birbirlerine göre en düşük korumayı sağlar. Yıldırım yakalama sisteminin (E i )yakalama etkinliği, yıldırımdan koruma sisteminin tipi ile bağlantılıdır. Tablo 9.22 Yıldırımdan koruma seviyesi, yakalama kriteri Ei,, düşme mesafesi R ve minimum akım tepe değeri I arasındaki bağlantılar. Döner küre kontrol altındaki objenin çevresinde döndürülür ve yıldırım düşme ihtimali olan noktaları gösteren temas noktaları her seferinde işaretlenir. Döner küre, tüm yönlerde objenin etrafında döndürülür. Kontak noktalarının tamamı, her seferinde işaretlenir. Düşme ihtimali olan noktaların tamamı, model üzerinde gösterilir. (Şekil 9.157) Şekil Göz önüne alınan yapı yüzeyi ile bir binada döner küre metodunun şematik uygulaması TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -291-

295 Yapının veya binanın çatısındaki yakalama sistemi boyutlandırılırken döre kürenin sehimi belirleyicidir. Aşağıdaki ifadeden döner küre raylar üzerinde yuvarlanırken döner kürenin p nufuz derinliği hesaplanır. p R R 2 d 2 2 R döner kürenin çapı d iki yakalama çubuğu veya iki yakalama iletkeni arasındaki mesafe Şekil Döner kürenin p nufuz derinliği Yıldırımın doğrudan düşmesini önlemek üzere çatı üzerine tesis edilen yakalama çubukları çatı yüzeylerini korumak için sıkca kullanılır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -292-

296 Şekil Çatı üzerine tesis edilen yakalama sistemi ve koruma alanı h yakalama çubuklarının belirlenen yüksekliği, daima p nufuz derinliği değerinin çok üstünde olmalıdır; böylece döner kürenin sehiminden daha yüksek değerde olması sağlanmış olunur. Diğer taraftan Tablo 9.23 kullanılarak yakalama çubuklarının yükseklikleri belirlenebilir. Döner kürenin nufuz derinliği birbirinden uzaklığı fazla olan yakalama çubukları tarafından belirlenir. Büyük mesafeler kullanarak p nufuz derinliği tablodan alınabilir. Yakalama çubukları yapının çatı yüksekliği ne göre boyutlandırılmalıdır. Bkz:Şekil TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -293-

297 Tablo İki adet yakalama çubuğu veya iki yakalama iletkeni üzerindeki döner küre sehimi TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -294-

298 Şekil döner küre metoduna göre birkaç yakalama çubuğu için h yüksekliğinin hesabı Ağ (göz ) Metodu Ağ yakalama sistemi genellikle herşeye rağmen çatılı yüksek yapılarda kullanılır. Yıldırımdan koruma sisteminin tipine göre ağ şeklindeki şebekenin göz boyutları çatıya göre düzenlenir. Tablo Göz boyutları TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -295-

299 Kolaylıkla ifade edilmek istenirse gözlü yakalama sisteminde döner kürenin eğrisi sıfır olarak kabul edilir. Çatı sırtı ve yapının yağmur oluğu gibi metal saçakları doğal yakalama sistemi olarak kullanılarak istenilen birim gözler kurularak yakalama sistemleri meydana getirilir. Şekil Gözlü yıldırım yakalama sistemi Yapının kenarlarındaki yıldırım yakalama sistemi iletkenleri mümkün olduğu kadar kenarlara döşenmelidir Koruma Açısı Metodu Koruma açısı metodu elektrik-geometrik yıldırım modelinden türetilmiştir. Koruma açısı döner kürenin yarı çapı tarafından belirlenir. Bkz Şekil TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -296-

300 Şekil Koruma açısı ve karşılaştırılabilir döner küre yarıçapı Bu metot, eğimli çatılarda veya çatıya bağlanan anten ve havalandırma boruları gibi yapılarda mutlaka kullanılmalıdır. Koruma açısı yıldırımdan koruma sisteminin tipine ve ve referans düzlemin yukarısındaki yıldırım yakalama sisteminin yüksekliğine bağlıdır (bkz. şekil 9.163) TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -297-

301 Şekil Yıldırımdan koruma sistemine bağlı olarak h yüksekliği fonksiyonuna göre koruma açısı Yıldırım yakalama iletkenleri, yakalama çubukları, direkler ve hatlar yıldırım yakalama sistemi korunacak yapının tüm parçalarını, koruma hacmi içine alacak şekilde düzenlenmelidir. Koruma bölgesi, koni şeklinde veya koruma iletkeni ile yapılmışsa çadır şeklinde olabilir. (şekil ve şekil 9.165). Şekil Koni şeklinde koruma bölgesi TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -298-

302 Şekil Yıldırım yakalama iletkeni vasıtasıyla alan koruması Eğer yıldırım yakama çubukları çatının üstündeki yapıları korumak için tesis edilmiş ise bundan dolayı α koruma açısım farklı olur. Şekil da koruma açısı α 1 için çatı yüzeyi referans düzlemidir. Şekil Harici yıldırımdan koruma sistemi. düşey yıldırım yakalama çubuğu tarafından korunan hacım. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -299-

303 α 2. için toprak referans düzlemidir. Bundan dolayı Şekil ve Tablo 9.25 e göre α 1 den küçüktür. Şekil α koruma açılı yıldırım yakalama sistemi için örnekler TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -300-

304 Tablo 9.25 koruma bölgesinin uzaklıklarına uygun olarak ve yıldırımdan koruma sisteminin herbir tipi için koruma açılarını vermektedir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -301-

305 Tablo Koruma sistemlerinin tiplerine bağlı olarak α koruma açısı Çatı üzerinde bulunan yapılar için izole yıldırım yakalama sistemleri Koruma bölgesinden çıkan, bina tamamlandıktan sonra çatı üzerine sonradan yeni yapılar yerleştirildiğinde, özel problemler, ortaya çıkar. İlave olarak bu çatı uzerine yerleştirilen yapılar, çatı fanları, antenler, ölçü sistemleri veya TV kameraları gibi elektrik ve elektronik donanımlara sahipse ilave koruma tedbirleri gereklidir. Eğer bu gibi ekipmanlar doğrudan harici yıldırım koruma sistemine bağlanırsa ; yıldırım düşmesi halinde kısmi akımlar yapının içerisine iletilir. Bu ise darbelere karşı hassas olan ekipmanlarda hasarlara yol açar. Çatı üzerindeki bu gibi çıkıntılı yapılara doğrudan isabet izole yakalama sistemleri vasıtasıyla önlenir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -302-

306 Şekil da görülen yıldırım yakalama çubukları, daha küçük elektrik ekipmanına sahip yapılar için uygundur. Şekil Yakalama çubukları tarafından yıldırım düşmesine karşı çatı üzerindeki küçük yapıların korunması Bunlar koni şeklinde koruma bölgeleri olup, çatı üzerine yerleştirilen yapıları doğrudan yıldırım düşmesine karşı korurlar. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -303-

307 Şekil Yatay yakalama iletkeni üzerinden bağlı iki ayrı yakalama direğinden oluşan izole harıcı yıldırımdan koruma sistemi I max veya I imp Maksimum Akımları Şekil 9.170: Yıldırım dalga şekilleri TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -304-

308 I max Koruma cihazı tarafından yönlendirilen 8/20 akım dalga şeklinin maksimum değeri ve aynı şekilde I imp 10/350 akım dalga şeklinin maksimum değeridir IEC e göre : Tip 1 (sınıf B) imalatlar, 10/350 akımın (0.1 I imp, 0.25 I imp, 0.5 I imp, 0.75 I imp, I imp ) 5 artan şoklarına dayanıklı olacaklardır. Tip 2 (sınıf C) imalatlar 8/20 akımın (0.1 I max, 0.25 I max, 0.5 I max, 0.75 I max, I max ) 5 artan şoklarına dayanıklı olacaklardır. I max veya I imp değerleri muhtemel yıldırım akımlarının beklenen değerlerine uyarlanmış olması gerekir Gerilim koruma saviyesi Up Darbe akımları, toprağa yönlendirilirken koruma cihazı trarafından verilen gerilimdir. Up, çıkış tarafına veya alt tarafa bağlanan ekipmanın gerilim dayanım değerini asla aşmamalıdır. Şekil 9.171: U P gerilim koruma seviyesinin gösterimi TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -305-

309 Nominal deşarj akımı I n 8/20 dalga şeklindeki akıma sahip aşırı gerilime karşı koruma cihazının tepe değeridir. Tip 1 (sınıf B) ve Tip 2 (sınıf C) aşırı gerilim koruma cihazları IEC standardına uygun olarak In akımı altında 15 deşarja dayanıklı olmalıdır. Maksimum sürekli işletme gerilimi Uc Maksimum r.m.s. (efektif) veya DC aşırı gerilim olup aşırı gerilime karşı koruma cihazına sürekli uygulanan gerilimdir. Nominal gerilime eşittir. Şebeke nominal geriiimi Un göz önüne alınmalıdır. Geçici aşırı gerilim U T Maksimum rms (efektif ) veya DC aşırı gerilim olup koruma cihazı belirlenen sürede söz konusu gerilime dayanabilmeli çalışma yapmamalıdır. Geçici aşırı gerilimin uygulanmasından sonra ve koruma cihazında bir hata oluşması halinde personel, ekipman ve tesiste bir tehlike oluşmamalıdır Akım Kapasitesinin Belirlenmesi Risk analizi, akım ve enerji yayılım kapasitenin belirlenmesi ile yapılacaktır. Bu analiz üç grup parametreye dayanarak yapılacaktır : Çevre parametreleri: Yılda birim km 2 ye düşen yıldırım sayısı tarafından ifade edilen i yildırım düşme sıklığı. Bkz. Şekil Tesis ve ekipman parametreleri: Mevcut yıldırım yakalama çubuğu, güç dağıtım sisteminin tesisi (enerji nakil hattı koruma iletkeni) tesisteki ekipmanın yerleşimi, TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -306-

310 Emniyet ve koruma parametreleri: korunacak ekipmanın maliyeti veya değişimi, çevre ve insan hayatı için risklere dikkat edilmelidir. Şekil 9.172: Dünya Ng haritası Örnek: 100 ka doğrudan isabet durumunda Tip1 (sınıf B ) koruma cihazı için I imp akımının seçimi IEC Annex A, Yıldırım akımı parametrelerinin temel değerleri yayınına göre yıldırım akımlarının %95 i 100 ka değerinin altında meydana gelir. IEC Annex I.1.2 ye göre aşağıda açıklanan kabuller yapılır: Toplam yıldırım akımlarının %50 si toprak bağlantısı üzerinden toprağa akar. Geri kalan %50 akım borular, elektrik güç ve komünikasyon hatları gibi servis bağlantıları üzerinden yapıya geçer. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -307-

311 Güç hatları için aşırı gerilim koruma cihazı seçilirken enerji hatlarının söz konusu toplam akımın %50 sini taşıdığı göz önüne alınır. TNS ve TT sistemlerde her bir hattın akımı, %12,5 olacaktır. Şekil : 15 ka Tip1 (sınıf B ) koruma cihazı TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -308-

312 (Up) Gerilim koruma seviyesinin tayini Aşırı gerilimlere karşı koruma cihazları ekipmanların dayanım gerilimlerine uygun olmalıdır. Bu dayanım gerilimi, ekipmanın tipine ve aşırı gerilime karşı hassasiyetine bağlıdır. Şekil 9.174: Ekipmanların aşırı gerilime olan dayanımları ile ilgili örnekler. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -309-

313 9.20. Çok Seviyeli Koruma için Gereklilikler. Bazı zamanlarda koruma seviyesiyle birlikte gerekli akım kapasitesini sağlayan aşırı gerilime karşı koruma cihazı bulmak mümkün olmaz. Bu durumlarda koruma sistemi, gerekli akım kapasitesine sahip olan ilk koruma cihazı, tesisin girişine (mümkün olduğunca yıldırımın giriş noktasına yakın); ikinci cihaz korunan ekipmanın mümkün olduğu kadar yakınına yerleştirilmek üzere iki veya daha fazla seviyeye sahip olmalıdır. Aşırı gerilimlere karşı koruma cihazı ve korunan ekipman arasındaki mesafe 10 metreden az olmalıdır; eğer bu mesafe fazla ise ikinci koruma cihazı mutlaka tesis edilmelidir. Tesise giren telekomünikasyon hatlarının, tüm aşırı gerilime karşı koruma cihazları ile koruma bağlantıları, mutlaka eş potansiyel olacak şekilde korumalıdır Aşırı Gerilimlere Karşı Koruma Cihazlarının Seçimi ve Tesis Edilmesi Güç besleme sistemleri Darbe gerilimlere karşı koruma cihazlarının gereklilikleri ve şartları yıldırıma karşı koruma ve darbe gerilimlerine karşı koruma sistemlerinin tipine ve tesis edilme durumlarına bağlıdır. Sabit yapıların bir parçası olarak yerleştirilen tesis sahasında seçilen darbe gerilimine karşı koruma cihazları *: Surge Protection Devices SPD+ nı tip 1, 2, 3 olmak üzere yüklerin cinsine ve şartlara göre sınıflandırılır. Deşarj kapasitesi, dikkate alındığında en yüksek gereklilikler tip 1 SPD lerde sağlanmaktadır. Bunlar 0 ve 1 bölgesi sınırlarında yıldırım ve darbe gerilimi koruma kapsamı içine yerleştirilirler (bkz şekil 9.175). TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -310-

314 Şekil Güç besleme sisteminde SPD darbe koruma sisteminin kullanımı Bu koruma cihazları, ekipmanda hasar meydana gelmeyecek şekilde 10/350 μs, dalga şeklindeki yıldırım akımlarını taşıyabilecek kapasitede olmalıdır. Tip 1 SPD ler, yıldırım akım tutucuları olarak adlandırılır. Bu cihazların fonksiyonu yapıdan elektrik tesisine sızan yıkıcı kısmi yıldırım akımlarını önlemektir. Koruma bölgesi LPZ 1 ve LPZ 2 arasında Tip 2 SPD tesis edilir. Deşarj kapasiteleri 10 ka (8/20 μs).civarındadır. Yıldırım ve darbe koruma sistemine ait son bağlantı tüketici terminallerinde (lpz2 ve LPZ3 arası) Tip 3 SPD kullanılır. Bunlar özellikle anahtarlama darbe gerilimlerine karşı koruma için tesis edilirler Tablo 1, VDE, IEC ve EN e göre SPD lerin sınıflandırması göstermektedir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -311-

315 Tablo Darbe koruma cihazlarının standartlara göre sınıflandırılması SPD lerin Teknik Karakteristikleri Maksimum sürekli gerilim U C Maksimum sürekli gerilim (nominal gerilime eşittir) işletme sırasında darbe koruma cihazının terminallerine uygulanabilecek maksimum gerilimin RMS efektif değeridir. Sitem nominal gerilim değerinde iletime geçmeyecek gerili değeridir. U C nin değeri korunacak sistemin nominal gerilimine ve IEC de ön görülen şartlara göre seçilir Darbe akımı I imp Bu 10/350 μs dalga şekli ile standartlaştırılan akımdır. Parametreleri doğal yıldırım akımının neden olduğu yük ile aynıdır. Yıldırım darbe akımı Tip 1 SPD lere uygulanır. Ekipman zarara uğramaksızın bir kaç defa yıldırım darbe akımı deşarjını taşıyacak kapasitede olmalıdır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -312-

316 Nominal deşarj akımı In Nominal deşarj akımı darbe koruma cihazının SPD üzerinden akan akımın tepe değeridir. Bu akım 8/20 μs darbe akım dalga şeklinde olup Tip 2 SPD nin nominal değeri ve aynı zamanda Tip1 ve 2 testleri için de geçerlidir Gerilim koruma seviyesi Up SPD nin gerilim koruma seviyesi SPD nin terminallerindeki maksimum ani gerilim değerine tekabül eder. Aynı zamanda rezidüel seviyeye ait sınır darbeyi karakterize eder. SPD nin tipine bağlı olarak aşağıda verilen testlerle belirlenir. Yıldırım darbe kıvılcım atlama gerilimi 1.2/50 μs (100%) Nominal deşerj akımında rezidüel gerilim Darbe koruma cihazları tesise uygun şekilde IEC de açıklanan aşırı gerilim kategorilerine uygun olarak seçilirler. Sabit tesislerdeki ekipmanlar için 2,5kV gerilimin gerekli olduğu mutlaka göz önüne alınmalıdır. Devre terminallerindeki ekipmanlar 2, kv dan çok daha az gerilim koruma seviyesinde korunmalıdır. IEC de 230/400 V AG tüketici istasyonları için 2,5 kv seeviyeyi şart koşmuştur. Minimum gerilim koruma seviyesi Tip 1 SPD ve Tip 2 SPD lerle veya yıldırım akımı tutucusu ile darbe tutucusu birleştirilmiş sistemlerle gerçekleştirilir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -313-

317 Kısa devre dayanım kapasitesi Bu değer cihazın üst tarafına artcı koruma için sigorta yerleştirilmesi durumunda muhtemel güç frekansında darbe koruma cihazı tarafından kontrol edilen kısa devre akımıdır U C geriliminde Akan akımı söndürme kapasitesi I fi U C gerilimi uygulandığında otomatik olarak söndürülebilen akımın rms değeridir. Bu akım sevreden akakabilecek maksimum kısa devre akımına göre veya artcı sigortanın değerlerine göre belirlenir. IEC ve EN (VDE 0675 Part 6-11) e göre nötr iletkenler ve PE iletkenler arasına bağlanan SPD ler çalıştığında akım söndürme kapasitesi I fi 100Arms olmalıdır. Yüksek değerdeki akım sınırlaması, ana akım değerinin çok yüksek olması durumlarında; darbe koruma cihazlarının üst tarafına yerleştirilen ve yüksek akım değerlerinde açma yapan koruma elemanlarıyla sağlanır. Özellikle AG koruma seviyesinde, akan akımın sınırlandırılması elektrik tesisinin kullanılabilirliği açısından önemli bir parametredir Koordinasyon Çeşitli SPD ler arasında seçici işlemi sağlamak için, SPD ler arasında bir enerji koordinasyono kesinlikle şarttır. Her bir koruma safhası gerçekleri tarafından karakterize edilen enerji koordinasyonun temel prensibi enerji enterferans miktarını herhangi bir olumsuzluğa yol açmadan deşarj etmektir. Eğer daha yüksek enterferans enerjileri meydana gelirse; SPD den önceki koruma kademesi, darbe akımının deşarjini üstüne alır ve alttaki koruma cihazını kurtarır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -314-

318 TOV Gerilim TOV gerilimi, yani geçici aşırı gerilim, OG ve AG şebekelerindeki sistem hataları nedeniyle ortaya çıkan geçici darbelerdir. TN sistemlerde ve aynı şekilde TT sistemlerde faz ile nötr arasında ve 5 saniye uygulama süresinde U 0 faz-toprak nominal gerilimi olmak üzere U TOV = 1.45 x U 0, dır. TOV gerilimleri, faz toprak hatalarında ortaya çıkar, TT sistemlerde bu gerilim N-PE arasında 200 ms için UTOV = 1200V olarak göz önüne alınmalıdır Değişik sistemler için SPD lerin kullanımı Hayat tehlikesine karşı korumak için alınacak tedbirler, daima önceliklidir. Bu nedenle AG sistemlerinin TN, TT, IT şebeke yapılarında aşırı gerilimlere karşı koruma sağlanmalıdır. Şebeke tertiplerine uygun özellikte SPD ler kullanılması uygundur. Genellikle çeşitli sistemler için Bu cihazlar TN sistemlerde Aşırı akım koruma cihazları, Rezidüel akım koruma cihazları, İzolasyon izleme cihazları, Hata gerilim işletmeli koruma cihazları (özel durumlarda) kullanılmaktadır. Aşırı akım koruma cihazları, TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -315-

319 TT sistemlerde IT sistemlerde Rezidüel akım koruma cihazları olarak Aşırı akım koruma cihazları, Rezidüel akım koruma cihazları Hata gerilim işletmeli koruma cihazları (özel durumlarda) olarak Aşırı akım koruma cihazları Rezidüel akım koruma cihazları İzolasyon izleme cihazları kullanılır SPD cihazlarının TN sistemlerde kullanılması TN sistemlerde dolaylı şok tehlikesine karşı koruma için aşırı akım ve rezidüel akım koruma cihazlarının kullanımı öngörülmüştür. SPD lerin kullanımı için, bu anlamda söz konusu koruma cihazlarının SPD lerde oluşabilecek hatalardan veya hatalı çalışmalardan dolayı, dolaylı şoklara karşı koruma için alt tarafta düzenlenir. Eğer tip1 ve tip 2 SPD, rezidüel akım koruma cihazının alt tarafına tesis edilmişse; PE ye deşarj olan darbe akımından dolayı koruma sağlanır. Şekil SPD cihazlarının TN-C sistemlerde tesis edilmesi TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -316-

320 Şekil TN-S sistemlerde SPD cihazlarının 4+0 şeklinde tertiplenmesi Şekil TN-S sistemlerde SPD cihazlarının 3+1 şeklinde tertiplenmesi TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -317-

321 Şekil TN-C-S sistemlerde SPD cihazlarının tertiplenmesi Şekil 179 da verilen TN-C-S sistemde tali panoda Tip 2 SPD ve bağlantı elemanı için Tip 3 SPD tesis edilecektir. Aynı durum diğer TN sistemler içinde geçerlidir. Bağlantı iletkenlerinde genellikle faz nötr iletkenleri arasında açma kapama sırasında veya toprak hatası durumlarında aşırı gerilim darbeleri meydana gelir. Bu elemanları darbe gerilimine karşı koruyacak Tip 3 SPD cihazları, nominal deşerj akım kapasitesi 1,5 ka olacak şekilde dizayn edilirler. Şekilde görülen RCD cihazı söz konusu darbe akımını kaldırabilecek kapasitede olmalı ve açma sırasında cihazda herhangi bir hasar meydana gelmemelidir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -318-

322 Şekil TN-S sistemlerde SPD cihazlarının tertiplenmesi TT sistemlerde SPD lerin kullanılması TT sistemlerde dolaylı elektrik şoklarına karşı koruma için, aşırı akım koruma cihazları, rezidüel akım koruma cihazlar ve özel durumlarda hata gerilimi işletmeli koruma cihazları kullanılır. TT sistemlerde yıldırım akımı tutucuları ve darbe gerilim tutucuları, SPD lerde hata olması durumunda; dolaylı şoklara karşı koruma için yukarıda açıklanan koruma cihazlarının alt tarafında düzenlenirler. Eğer Tip 1 SPD ler kullanılmışsa, deşarj olan kısmi yıldırım akımının dinamik etkisi ile RCD tahrip olur. Aynı durum TN sistemler içinde geçerlidir. Bu nedenle tip 1 ve tip 2 SPD ler daima RCD lerin üst tarafına yerleştirilir. TT sistemlerde Tip1 ve Tip 2 SPD ler faz iletkenleri ile nötr arasında düzenlenir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -319-

323 Şekil /400 V TT sistemlerde SPD lerin 3+1 olarak tertiplenmesi TT sistemlerde bir toprak hatası sonucu nötrde tehlikeli boyutta gerilim yükselmeleri meydana gelir. Bu gibi durumlarda N-PE tutucu adı verilen cihaz kullanılmalıdır. Şekil TT sistemlerde SPD lerin tertiplenme şekilleri TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -320-

324 Tip 2 SPD ler faz hattı ile nötr hattı arasına da bağlanabilirler. N ve PE arasına tesis edilecek SPD ler Tip 2 SPD ile kombinasyonunda deşarj kapasitesi en az 3-fazlı sistemlerde In 20 ka (8/20 µs) ve tek fazlı sistemlerde In 10 ka (8/20 µs) olmalıdır. Koordinasyon en kötü şartları (10/ 350 µs dalga şekli) ele alınarak sağlandığından, N-PE Tip 2 tutucu 12 ka (10/350 µs) değeri esas alınarak belirlenir. Bu sistemde de RCD lerin darbe akımlarına dayanacak kapasitede seçilmesi çok önemlidir IT sistemlerde SPD lerin kullanılması IT sistemlerde dolaylı elektrik şokları tehlikesine karşı korunmak için, aşırı akım koruma cihazları, rezidüel akım koruma RCD cihazları ve izolasyon izleme cihazları kullanılır. TN veya TT sistemlerinin kullanıldığı yerlerde dolaylı şok tehlikelerine karşı koruma ilk hata ortaya çıktığında RCD ler veya aşırı akım koruma cihazları üzerinden akan hata akımı algılanarak uygun otomatik açma sistemi vasıtasıyla hatalı bölüm beslemeden ayrılır. IT sistemlerde ilk hata ortaya çıktığında sadece bir toprak hatasının ortaya çıktığını belirleyen bir alarm verilir. Sistemin işletmesine devam edilir. Birinci hatada koruma iletkeni herhangi bir risk meydana getirmeyecek potansiyeli üzerinde taşır. Zira personelin temas ettiği metal aksamlar ve metalik gövdeler, koruma iletkeni üzerinden aynı potansiyeli üzerine aldığından insan hayatı için risk oluşturacak bir potansiyel farkı meydana gelmez. Böylece tehlikeli olmayan potansiyel farkları üzerinden köprülenirler. Birinci hata ortaya çıktığında dış iletkenler arasındaki gerilime uygun olarak iletken toprak geriliminin meydana geldiği mutlaka göz önüne alınmalıdır. Böylece 230/400 V, IT sistemde SPD hatası durumunda, hatasız SPD ye göre 400 V gerilim meydana gelir. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -321-

325 Şekil Nötr iletkensiz IT sisteminde SPD lerin 3+0 şeklinde tertiplenmesi Şekil Nötr iletkene sahip 1-fazlı yüklerin bağlanabildiği IT sistemde SPD lerin 4+0 şeklinde tertiplenmesi TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -322-

326 Şekil Nötr iletkenli IT sistemde SPD lerin düzenlenmesi Şekil Nötr iletkensiz IT sistemde SPD lerin düzenlenmesi. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -323-

327 Dolaylı temaslara karşı koruma için koruma cihazları ile bağlanan IT sistemlerde Tip 1 ve 2 SPD lerin RCD lerin giriş tarafında olmasına dikkat edilmelidir SPD lerin bağlantı hatlarının uzunluğu Darbe koruyucu cihazların bağlantı hatlarının uzunluğu IEC tesis yönergesinde belirlenmiştir. Aşağıdaki görüşler sık sık ortay çıkan teknik uzman kuruluşların belirlediği ortak problemlerdir IEC ye uygun olarak yapılan V şeklinde seri bağlantı Tüketicilerin, ekipmanların ve sistemlerin korunmasında en önemli faktör korunacak tesisteki darbe gerilimin gerçek seviyesinin belirlenmesidir. Optimum koruma seviyesi etkisi, darbe koruma cihazı tarafından sağlanan baştan başa korunacak tesisin darbe koruma seviyesi belirlendiğinde gerçekleştirilir. Bundan dolayı, IEC tarafından şekil de verilen V şeklindeki seri bağlantının yapılması önerilir. Bu bağlantı şeklinde koruma cihazının bağlantısı için ayrı iletken bağlantısının yapılmasına gerek yoktur. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -324-

328 Şekil Seri bağlantıda koruma cihazının bağlanması IEC e göre paralalel bağlama Optimum seri bağlantı sistemi tüm sistem şertları altında kullanmak her zaman mümkün olmaz. Seri bağlantının bir bölümü olarak darbe koruma cihazının çift terminalleri üzerinden taşınan nominal akımlar çift terminallerinin termal yüklenebilme kapasiteleri tarafından sınırlandırılırlar. Bu nedenle darbe koruma cihazı imalatçıları nominal işletme akımından daha yüksek akımlarda; bazı durumlarda seri bağlantıların kullanılmasını, belirlenen maksimum izin verilen değerin üzerinde cihazı koruyan artçı koruma sigortaları olmaksızın kullanımını yasaklamışlardır. Bu durum, şekil de verildiği gibi iki iletken terminali kullanarak çözülür. Böylece nominal işletme akımı artsa dahi kablo uzunluklarının kısa olması sağlanır. İki iletken terminali kullanıldığında artçı koruma sigorta değerleri imalatçılar tarafından belirlenmelidir. Eğer seri bağlantı kesinlikle bir tercih değilse, darbe koruma cihazları ayrı branşman devreleri içine entegre edilmelidir. Eğer sonraki üst tesis sigortasının nominal değeri darbe koruma cihazının artcı sigortasının TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -325-

329 maksimum izin verilen değerini aşarsa koruma cihazı için artçı koruma sigortası tesis edilmelidir Şekil İki iletken terminal (TCT) prensibinin tek kutuplu unite için açıklanması Şekil Kablo branşmanları üzerinde darbe koruma cihazlarının bağlantısı TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -326-

330 İletken branşmanı üzerindeki darbe koruma cihazı çalıştığında, sonraki elemanlar üzerinden akan deşarj akımı empedanslar boyunca ilave dinamik gerilim düşümlerine neden olur. Burada endüktif bileşenin yanında omik bileşen ihmal edilir. dı U dyn ı.. R.L L bağlantısı hesaba katılarak U dyn dinamik gerilim dt değeri endüktif bileşen tarafından belirlenir. Dinamik gerilim düşümünü düşük tutabilmek için bağlantı kablosunun mümkün olduğunca kısa olması gerekir. Bu nedenle IEC branşman devrelerinde darbe koruma cihazlarının toplam bağlantı kablo uzunluğunuın 0,5 metreden daha uzun olmaması tavsiye edilir. Bağlantı tarzları şekil da verilmektedir. Şekil Branşman devrelerinde tavsiye edilen maksimum kablo uzunlukları TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -327-

331 Toprak tarafında bağlantı hatlarının tasarımı Bu görünüşte gerçekleştirilmesi zor gibi görünen gereklilik ve şekil a ve b de verilen örnekte açıklanacaktır Tavsiye edilen maksimum kablo uzunlukları göz önüne alınarak gerçekleştirilen Darbe koruma cihazlarının SPD bağlantıları Şekil a da her iki ölçü, ayrı olarak tesis edilmiştir. Bu durumda PEN iletkeni eşpotansiyel bağlantı barasına ve darbe koruma cihazının topraklama bağlantısı ayrı bir eşpotansiyel bağlantısı üzerinden gerçekleştirilmiştir. Böylece darbe koruma cihazlarının efektif kablo uzunluğu (la) f darbe koruma cihazlarının tesis edildiği yer ile ana dağıtım panosu, giriş kutusu arasındaki mesafeye uygun hale getirilir. Bağlantı konfigürasyonunun bu tipi çoğunlukla tesisin minimum efektif korumaya gerek duyulduğu yerlerde gerçekleştirilir. Şekil b de yüksek maliyet gerektirmeden darbe koruma cihazlarının efektif kablo uzunluğunu azaltmak için (lb < 0.5 m) iletken bağlantıları kullanılır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -328-

332 Faz tarafına kablo bağlantı hatlarının tasarımı Faz tarafındaki kabloların uzunluğu mutlaka göz önüne alınmalıdır. Geniş kontrol sistemlerinde, ana busbarlar kontrol cihazları ile donatıldığı gibi şekil de görüldüğü gibi ayrıca tüketici baralarıda darbe koruma cihazları ile mutlaka donatılmalıdır Şekil Bir tesiste darbe koruma cihazlarının düzenlenmesi, kablo uzunlukları 1. tesis tarafında doğrudan beslenme sisteminin ana baralarında darbe koruma cihazları yer alır. Bu tüm tüketiciler için aynı seviyede koruma sağlar. Busbar sistemleri, kablo ve iletkenlerle karşılaştırıldığında daha düşük endüktansa (yaklaşık ¼ ü kadar) sahip olduğundan daha düşük endüktif gerilim düşümüne sahiptir. Bundan dolayı busbarların uzunluğu, kesinlikle göz ardı edilmemelidir. Bağlantı kablolarının tasarımında koruma cihazlarının etkinliği üzerindeki faktörler göz önüne alınmalı ve mutlaka tesisin tasarım safhasında bu faktörlere göre düzenleme yapılmalıdır. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -329-

333 Kesitlerin değerleri ve darbe koruma cihazlarının artçı koruması Darbe tutucularının bağlantı hatları, darbe akımları, işletme akımları ve kısa devre akımları ile belirlenen yüklere bağlıdır. Her bir yük çeşitli faktörlere bağlıdır. Bunlar Şekil a da verilen tek çıkışlı veya b de verilen iki koruma devresi tipleri çıkışlı Şekil Koruma devresi tipleri Darbe tutucunun tipleri: Yıldırım akım tutucusu, kombine yıldırım akımı ve darbe gerilimi tutucusu, Darbe koruma cihazları Akan akımlar üzerindeki tutucuların performansı: Akan akımın söndürülmesi ve akan akımın sınırlandırılması Eğer koruma cihazı, şekil 193.a daki gibi tesis edilmişse; S2 ve S3 bağlantı kabloları DINVDE 0100 bölüm 530 a uygun olarak kısa devre koruma kriterlerine ve darbe akım taşıma kapasiteleri değerlerinin belirlenmesi gerekekir. Koruma cihazlarının veri sayfalarında maksimum izin verilen bakım, imalatçı tarafından açıklanmalı ve bu şekilde cihazların artçı TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -330-

334 korumalarını sağlamak için gerekli sigorta değerleri belirlenmelidir. Cihazlar tesis edilirken, mutlaka cihaz üzerinden akacak kısa devre akımının gerçek değeri artçı korumayı sağlayabilecek değerde olmalıdır, yani artçı korumayı sağlayacak sigortaların bu kesme işlemini gerçekleştirecek değerde olması gerekmektedir. Bağlantı iletkenlerinin kesiti aşağıda verilen ifade yardımıyla belirlenir: k S I. t Bu ifadede k Materyal sabiti A.s/mm 2 Tablo 9.27 S Bağlanti iletkeninin kesiti mm2 I Kısa devre akımı Amper t Kısa devre meydana geldiğinde izin verilen ayırma süresi Tablo Farklı izolasyon materyalleri için Bakır ve Aliminyum iletkenlerin k materyal sabiti. Eğer tesiste meydana gelebilecek kısa devre akımı darbe koruyucuların kısa devre dayanım kapasitesinden daha yüksekse darbe koruyucular, TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -331-

335 dayanabileceği maksimum kısa devre akımının 1/1,6 değerinde açma yapabilecek sigortalarla artçı olarak korunmalıdır. Darbe akımının davranışı, darbe koruyucu cihazların artçı koruma sigortalrının değerlerininin belirlenmesinde mutlaka göz önüne alınması gerekmektedir. Tablo de yıldırım akımının nominal değerinin fonksiyonu olarak sigortaların performansları açıklanmaktadır. Tablo NH sigortaların performansları Yıldırımdan Koruma Bölgesi Kavramı Yıldırımdan koruma sistemi, yapılardaki insan hayatını ve varlıkları koruyan bir sistem olmasına rağmen yıldırım deşarjından meydana gelen transiyen yüksek enerji darbelerine karşı duyarlı olan elektrik ve elektronik sistemleri koruyamaz. Yapıların içinde yönetim, haberleşme, kontrol ve emniyet sistemleri gibi tesisler bulunmaktadır. Bu sistemler, yapılar içinde günlük hayatın gerektirdiği sistemlerdir. Binaların ve yapıların içindeki elektrik ve elektronik sistemlerin yıldırım elektro manyetik darbe [:LEMP = Lightning Electromagnetic PulsE] etkilerine karşı korunması Yıldırımdan Koruma Bölgeleri *:LPZ=Lightning Protection TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -332-

336 Zones] prensipleri esas alınarak belirlenir. Binalar ve yapılardaki sistemlerin korunması Şekil de görüldüğü şekilde koruma bölgelerine ayrılarak planlanır Şekil Yıldırım koruma bölgeleri TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -333-

337 SON SÖZ ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I Bu notların hazırlanmasında 2009 da yitirdiğimiz Sayın M.Turgut Odabaşı nın değerli katkılarını anmadan geçemeyiz. Botaş ta Elektrik Mühendisliği yapmakta olan Turgut Odabaşı, çeşitli kaynaklardan hazırladığı notları önce Elektrik Tesisat Mühendisleri Dergisinin çeşitli sayılarında meslektaşlarına yararlı olmak üzere yayınladı. Nur içinde yatsın. Kendisinin hazırladığı notlardan yararlanarak, notlarının bir kısmını Bileşim Yayınevi aracılığı ile yayınlamıştık. Onun notlarından ve diğer kaynaklardan yapacağımız diğer derlemeleri ise EMO kanalıyla yayınlanması kendi isteğiydi. Ancak bu isteğini hemen gerçekleştirmek mümkün olmadı. Toplamı 9 ana bölüm ve 1700 e yakın sayfada toplanan Elektrik Kuvvetli Akım ile ilgili bu notların son bölümünü oluşturan Koruma Kontrol ve İzleme ile ilgili bu cilt, toplam üç ana grupta ayrı ayrı yayınlamayı uygun gördük; Koruma ile ilgili ilk kitapta genel olarak koruma sistemlerine başlangıç yapıldı; bu sistemlerin detaylı incelenmesi ve işletme tarzları üzerine açıklamalar yapıldı. Şebeke koruması, özellikle güç sistemlerinin korunması üzerine yoğunlaşıldı. YG Busbar koruma, Transformatör, Jeneratör, Motor korumaları anlatıldı. Kısa devreye krşı koruma, kondansatörlerin korunması, tabii en temel olarak yıldırımın zararlarından korunma detaylandırıldı. Sigortalar, aşırı gerilime karşı çok seviyeli koruma ve YG altında korumaya ilişkin pekçok şey toplam 290 sayfada incelendi. Elektrik Tesisat Notları olarak, Sayın Odabaşının değerli çalışmasından da yararlanarak hazırladığımız bu çalışmanın EMO kanalı ile yayınlanması için başından beri desteğini esirgemeyen Orhan (Örücü) Ağabeyimize, derlemenin hazırlanmasında katkılarından dolayı Emre (Metin) ve Hakkı (Ünlü) kardeşlerime teşekkürü borç bilirim. TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -334-

338 Bu tür mesleki yayınların e-kitap olarak çok düşük bedeller ile meslektaşlarına kazandırmak için bu yayın portalını oluşturma kararı alan 42. Dönem EMO Yönetimine öncü rölünden dolayı kutlarım. E-Kitabı Derleyen ve Yayına Hazırlayan İbrahim Aydın Bodur TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -335-

339 ELEKTRİKKUVVETLİAKIM (9) KorumaKontrolveİzleme1 TURGUTODABAŞI e-kitap EMO Yönetim Kurulu42.Dönem de(kasım 2010)biryayınportalıoluşturdu. Buyayınportalıüzerinde,dahaöncedesürdürmekteolduğumuz, basılıdergilerimizininternetsürümleri,basılıkitaplarımızıntanıtımlarıve çevrim içisatınalmaolanaklarıile doğrudaninternetüzerindenbilgisayarınıza indirebileceğinize-kitaplarıçokdüşükbedelerle edinebilme olanağınasahipolacaksınız. İnternetsitemizüzerindene-kitapdağıtım hizmetini,yakındahizmete girecekolanemo YayınPortalı nınöncülüolan,sitemizinyayın bölümündeyeralane-kitaplarlauzuncabirsüredirveriyorduk. Yayınlarımızıizleyenlerhatırlayacaktır,ilke-kitabımız,EMO üyesi ArifKünar ın"nedennükleersantralerehayır"kitabının PDFbaskısıydı.HükümetinAkkuyu danükleersantralkurmainadı maalesefhalakırılamadı.dörtyılöncebastığımızbukitaphala güncel!. EMO nuninternetsitesiüzerindenhizmetegirenbuyeni sitemizdeyenie-kitaplarlahizmeteaçıldı.sizlerdevarsayayınlamak istediğinizkitaplarınızı,notlarınızıbizeiletebilirsiniz.buyayınlaryayın komsiyonumuzun değerlendirmesindensonrauygunbulunursa yayınlanacakveesersahibineemo ücrettarifesinegöreücretödenecektir. E-Kitaplartarafımızdanyayınlandıkçaüyelerimizeayrıcaeposta ileiletilecektir. Saygılarımızla ElektrikMühendisleriOdası 42.Dönem Yönetim Kurulu TMMOBElektrikMühendisleriOdası IhlamurSokakNo:10Kat:2Kızılay/Ankara Tel:(312) Faks:(312) EMO YAYINNO:EK/2011/11