Untitled

eki
t
ap
T
URGUTODABAŞI
EL
EKT
Rİ
KKUVVET
L
İAKI
M(
9)
Kor
uma Kont
r
ol
veİ
z
l
eme1
*
Kor
umaS
i
s
t
eml
er
i
ni
nİ
ncel
enmes
i
*
GüçS
i
s
t
emi
ni
nAr
aş
t
ı
r
ı
l
mas
ı
veÇöz
üml
er
*
Kor
umaS
i
s
t
eml
er
i
ni
nKoor
di
nas
yonu
*
Ş
ebek
eKor
umas
ı
*
GüçS
i
s
t
eml
er
i
Kor
umas
ı
*
Mot
or
l
ar
daDı
şEt
k
i
l
er
i
nNedenOl
duğuHat
al
ar
*
Kı
s
aDevr
el
er
eKar
ş
ı
Kor
uma
*
Kondans
at
örGr
upl
ar
ı
nı
nKor
unmas
ı
*
Aş
ı
r
ı
Ger
i
l
i
meKar
ş
ı
Kor
umaCi
haz
l
ar
ı
*Kor
umaS
i
s
t
emi
S
eçi
m Rehber
i
*AG S
i
s
t
eml
er
i
ndeAş
ı
r
ı
Ger
i
l
i
meKar
ş
ı
Kor
uma
*Yı
l
dı
r
ı
mdanKor
umaS
i
s
t
emi
ni
nT
as
ar
ı
mı
*Yı
l
dı
r
ı
mdanKor
umaS
i
s
t
emi
*ÇokS
evi
yel
i
Kor
umai
çi
nGer
ek
l
i
l
i
k
l
er
EMO YAYI
NNO:
EK/
2011/
11
T
MMOB
E
l
ekt
r
i
kMühendi
s
l
er
i
Odas
ı
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM (9)
Koruma Kontrol ve İzleme 1
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -1-
umaKont
r
ol
veİ
z
l
eme
9 Kor
9
334
Kor
umaKont
r
ol
veİ
z
l
eme
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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,
ELEKTRİK
MÜHENDİSLERİ
-2-kitaplarından EMO için
Chevron, NAFVACTMMOB
ve Siemens’in
hazırladığı
İmalat, Bakım, ODASI
Montaj El
derlenmiştir.
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.1. Koruma Sistemlerinin İncelenmesi .................................................... 13
9.1.1 Giriş ............................................................................................... 13
9.1.1.1. Koruma sisteminde olması gereken şartlar .......................... 13
9.1.1.2. Rölelerde olması gereken nitelikler ...................................... 15
9.1.2. Sistemde bir hatanın varolma kriterleri....................................... 16
9.1.2.1. Şebeke üzerinde bir hatanın varoluş kriterini oluşturan
etkenler.............................................................................................. 16
9.1.3. Koruma Cihazları .......................................................................... 17
9.1.4. Koruma Sisteminin Tasarımı ........................................................ 18
9.1.5. Koruma Sistemi Çalışmaları ......................................................... 19
9.1.5.1. Güç sisteminin araştırılması.................................................. 21
9.1.5.2. Her bir uygulama için çözümler ............................................ 21
9.2. Güç Sisteminin Araştırılması ve Çözümler .......................................... 23
9.2.1. Güç sistemi yapısı ........................................................................ 23
9.2.2 Nötr Topraklama Sistemleri .......................................................... 27
9.2.2.1. Zorluklar ve seçim kriterleri .................................................. 27
9.2.2.2. Aşırı gerilim seviyelerinin azaltılması .................................... 28
9.2.2.3. Toprak hata akımının azaltılması .......................................... 29
9.2.2.4. Nötrü izole sistem ................................................................. 30
9.2.2.5. Nötrü direnç üzerinden topraklı sistemler ........................... 34
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -3-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.2.2.6. Düşük reaktans üzerinden nötrün topraklanması ................ 39
9.2.2.7. Kompanzasyon reaktansı üzerinden nötr noktasının
topraklanması .................................................................................... 42
9.2.2.8. Nötrü doğrudan topraklı sistemler ....................................... 45
9.3. Koruma Sistemlerinin Koordinasyonu ................................................ 47
9.3.1. Koordinasyon İşlemleri ................................................................ 47
9.3.2. Koruma Koordinasyonu için Gerekli Veriler ................................ 49
9.3.3. Koruma Koordinasyon Prosedürü................................................ 50
9.3.4. Koordinasyon Zaman Aralıkları .................................................... 50
9.3.5. Koruma Sistemlerinde Seçicilik .................................................... 51
9.3.5.1. Akım Karakteristikli Seçicilik ................................................. 54
9.3.5.2. Lojik Seçicilik ......................................................................... 56
9.3.5.3. Yönlü Koruma Seçiciliği ......................................................... 59
9.3.5.4 Diferansiyel Koruma Seçiciliği ................................................ 60
9.3.5.4. Kombine Seçici Sistemler ...................................................... 63
9.3.6. Toprak Hatasının İzlenmesi ve Koruma ...................................... 63
9.4. Şebeke Koruması ................................................................................ 69
9.4.1 Koruma Sistemi Gereklilikleri ....................................................... 69
9.4.2. Zaman Karakteristikleri ................................................................ 71
9.4.2.1 Sabit zaman karakteristiği ..................................................... 71
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -4-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.4.2.2. Ters Akım-Zaman Karakteristiği ............................................ 71
9.4.3. Seçicilik ........................................................................................ 74
9.5. Güç Sistemleri Koruması ..................................................................... 80
9.5.1. Tek Beslemeli Güç Sistemleri ....................................................... 80
9.5.1.1 Fazlar arası hata durumu ....................................................... 80
9.5.1.2. Faz-toprak hatası .................................................................. 81
9.5.2. İki Besleme Girişli Sistemler. ........................................................ 86
9.5.2.1. Fazlar arası hatlar.................................................................. 86
9.5.2.2 Faz-Toprak hataları ................................................................ 87
9.5.3. İlave koruma fonksiyonları .......................................................... 89
9.5.3.1. Kuplaj .................................................................................... 89
9.5.4. Açık Gözlü Şebekeler .................................................................. 92
9.5.5. Kapalı Gözlü Şebekeler. ............................................................... 93
9.5.5.1. Diferansiyel Koruma ............................................................. 93
9.5.6.2.Aşırı akım koruma ve yönlü lojik seçicilik .............................. 94
9.6. BUSBAR Koruması ............................................................................... 96
9.6.1. Hata Tipleri Ve Koruma Fonksiyonları ......................................... 96
9.6.1.1. Faz arası ve faz-toprak hataları ............................................. 96
9.7. Transförmatör Koruması .................................................................... 99
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -5-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.7.1. Korumanın Amacı ........................................................................ 99
9.7.2. İşletmedeki Zorlanmalar ve Hata Şekilleri .................................. 99
9.7.2.1 Aşırı yüklenme ....................................................................... 99
9.7.2.2. Kısa devre ........................................................................... 101
9.7.2.3. Tank hataları: ...................................................................... 101
9.7.3. Transformatörün Devreye Alınması .......................................... 105
9.7.3.1. Transformatörde 3-faz aşırı akım koruması ....................... 107
9.7.3.2 Kısa Devre Koruması ............................................................ 109
9.7.4. Yönlü Aşırı Akım Rölelerinin Açıklanması .................................. 112
9.7.4.1. Toprak hata yönlü koruma ................................................. 112
9.7.4.2. Transformatör Diferansiyel Koruma ................................... 115
9.7.5. Transformatörlerde Toprak Hata Koruması .............................. 123
9.7.6. Transformatör Termik Aşırı Yük Koruması................................. 128
9.7.9.1. Gaz etkisiyle çalışan röleler................................................. 128
9.7.7. Transformatör Korumaları ile ilgili Örnekler.............................. 131
9.8 Jeneratör Koruması............................................................................ 134
9.8.1. Jeneratör ve Jeneratör-Transformatör Üniteleri için ................ 135
Koruma Röleleri ................................................................................... 135
9.8.1.1. Strator toprak hata koruması ............................................. 135
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -6-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.8.1.2 Yönsüz toprak hata akımı rölesi ........................................... 139
9.8.1.3 Yönlü toprak hata rölesi ...................................................... 140
9.8.1.4. Faz kısa devre koruması...................................................... 141
9.8.1.5. Jeneratörün diferansiyel koruması ..................................... 141
9.8.2. Jeneratör Koruması için tavsiye edilen ayar değerleri............... 144
9.9. Motor Koruması ............................................................................... 145
9.9.1. Termik Koruma .......................................................................... 145
9.9.2. Rotor Blokaj Koruması ............................................................... 145
9.9.3. Aşırı Akım Korumaları ................................................................ 145
9.9.4. Toprak Hata Korumaları ............................................................ 146
9.9.5. Düşük Gerilim Koruması ............................................................ 146
9.9.6. Motorun Diferansiyel Koruması ................................................ 146
9.9.7. Akım Dengesizliği Koruması ANSI 46 ......................................... 147
9.9.8. Motorda Meydana Gelebilecek Hata Tipleri ............................. 147
9.9.9. Besleme Sistemi Hataları ........................................................... 148
9.10. Motorun İç Hataları ........................................................................ 149
9.10.1 Faz –faz kısa devreleri:.............................................................. 149
9.10.2. Aşırı Gerilimlere Karşı Koruma................................................. 150
9.10.2.1 Aşırı Gerilimler ................................................................... 150
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -7-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.10.3. Motordaki Hatalar. .................................................................. 151
9.11. Motorlarda Dış Etkilerin Neden Olduğu Hatalar ............................ 153
9.11.1. Motor beslemesi ile ilgili hatalar. ............................................ 153
9.11.2. Motor işletmesi sırasında meydana gelen dış hatalar . ........... 159
9.11.2.1. Motorun yol alması: ......................................................... 159
9.11.2.2. Motorun kilitlenmesi ........................................................ 159
9.12 Kısa Devrelere Karşı Koruma ........................................................... 161
9.12.1. Genel Bakış .............................................................................. 161
9.12.1.1. Termal davranış ................................................................ 161
9.12.1.2. Elektro dinamik davranış .................................................. 162
9.12.2. Sigortalar ................................................................................. 163
9.12.3. Manyetik Kesiciler ................................................................... 164
9.12.4. Aşırı Yüke Karşı Koruma ........................................................... 166
9.12.4.1. Aşırı yük röleleri (termal ve ya elektronik) ....................... 168
9.13. Kondansatör Gruplarının Korunması .............................................. 174
9.13.1 Hata Tipleri ............................................................................... 174
9.13.1.1. Aşırı yüklenmeler .............................................................. 176
9.13.1.2. Kısa devreler ..................................................................... 176
9.13.1.3. Gövde hataları .................................................................. 176
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -8-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.13.1.4. Kapasitör elemanı kısa devresi ......................................... 177
9.13.2. Kapasitör Gruplarının Korunması ile ilgili Örnekler ................. 177
9.13.3. Aşırı Gerilimler ......................................................................... 179
9.13.3.1. Transiyen aşırı gerilimler : ................................................ 180
9.13.3.2. Standart gerilim şekilleri ................................................... 180
9.13.3.3. Güç frekansında aşırı gerilimler ........................................ 181
9.14 Aşırı Gerilime Karşı Koruma Cihazları .............................................. 220
9.14.1. Koruma Seviyesi....................................................................... 220
9.14.1.1. Eklatörler veya kıvılcım atlatıcılar ile koruma ................... 221
9.14.1.2. Parafudrlar ....................................................................... 223
9.15 Koruma Sistemi Seçim Rehberi ........................................................ 229
9.15.1. Jeneratör Korumaları ............................................................... 229
9.15.1.1. Nötrü düşük değerli direnç üzerinden topraklı küçük
makinalar için minimum koruma ..................................................... 229
9.15.1.2. Nötrü düşük değerli direnç üzerinden topraklı küçük
makinalar için alternatif koruma sistemi ......................................... 231
9.15.1.3. Nötrü düşük/yüksek değerli direnç üzerinden topraklı
küçük makinalar için tavsiye edilen koruma sistemi ....................... 232
9.16. Kabloların Aşırı Yükle Kısa Devreye Karşı Korunması ..................... 235
9.16.1. Kabloların Aşırı Yüke Karşı Korunması ..................................... 235
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -9-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.16.2. Kısa Devreye Karşı Koruma ...................................................... 239
9.16.3 Koruma (PE), Nötr (N) ve Eşpotansiyel Bağlantı İletkenleri ..... 247
9.16.3.1. Nötr İletkenleri ................................................................. 247
9.16.4. Parafudrların Alçak Gerilim Tesislerinde Yerleştirilmesi.......... 254
9.17. AG Sistemlerinde Aşırı Gerilime Karşı Koruma ............................... 258
9.17.1. Aşırı Gerilim Koruma Cihazları ................................................. 261
9.17.1.1. Parametrelerin Açıklanması.............................................. 261
9.17.1.2.Yıldırıma ve Aşırı Gerilimlere Karşı Koruma Sistemleri ...... 264
9.17.2. Yıldırım Deşarjı ve Zamana Bağlı Olarak Yıldırım Akımının
Gelişimi ................................................................................................ 267
9.17.3. Yıldırım Akımının Şarjı .............................................................. 274
9.17.4. Yıldırım Koruma Seviyelerine göre Yıldırım Akım
Parametrelerinin Tayini ....................................................................... 279
9.18. Yıldırımdan Koruma Sisteminin Tasarımı ........................................ 280
9.18.1.Hasar Riskinin Tayini ve Koruma Elemanlarının Seçimi ............ 281
9.18.1.1.Risk yönetimi ..................................................................... 281
9.18.1.2. Risk tayinin esasları........................................................... 281
9.19. Yıldırımdan Koruma Sistemi ........................................................... 286
9.19.1. Harici Yıldırımdan Koruma Sistemi .......................................... 288
9.19.1.1. Döner Küre Metodu –geometrik elektriksel model.......... 289
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -10-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.19.1.2. Ağ (göz ) Metodu .............................................................. 295
9.19.1.3. Koruma Açısı Metodu ....................................................... 296
9.19.1.4. Çatı üzerinde bulunan yapılar için izole yıldırım yakalama
sistemleri ......................................................................................... 302
9.19.3. I max veya I imp Maksimum Akımları ....................................... 304
9.19.4. Gerilim koruma saviyesi Up .................................................... 305
9.19.5. Akım Kapasitesinin Belirlenmesi .............................................. 306
9.19.6. (Up) Gerilim koruma seviyesinin tayini ................................... 309
9.20. Çok Seviyeli Koruma için Gereklilikler. ........................................... 310
9.20.1. Aşırı Gerilimlere Karşı Koruma Cihazlarının Seçimi ve Tesis
Edilmesi................................................................................................ 310
9.20.1.1. Güç besleme sistemleri..................................................... 310
9.20.2. SPD’lerin Teknik Karakteristikleri............................................ 312
9.20.2.1. Maksimum sürekli gerilim UC........................................... 312
9.20.2.2. Darbe akımı Iimp ................................................................. 312
9.20.2.3. Nominal deşarj akımı In ................................................... 313
9.20.2.4. Gerilim koruma seviyesi Up ............................................. 313
9.20.2.5. Kısa devre dayanım kapasitesi .......................................... 314
9.20.2.6. UC geriliminde Akan akımı söndürme kapasitesi Ifi ........... 314
9.20.3. Koordinasyon ........................................................................... 314
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -11-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.20.4. TOV Gerilim............................................................................. 315
9.20.5. Değişik sistemler için SPD’lerin kullanımı ................................ 315
9.20.5.1. SPD cihazlarının TN sistemlerde kullanılması ................... 316
9.20.5.2. TT sistemlerde SPD lerin kullanılması ............................... 319
9.20.5.3. IT sistemlerde SPD lerin kullanılması ................................ 321
9.20.6. SPD’lerin bağlantı hatlarının uzunluğu .................................... 324
9.20.6.1. IEC 60364-5-534 ye uygun olarak yapılan V şeklinde seri
bağlantı ............................................................................................ 324
9.20.6.2. IEC 60364-5-534 e göre paralalel bağlama ....................... 325
9.20.6.3. Toprak tarafında bağlantı hatlarının tasarımı ................... 328
9.20.6.4. Faz tarafına kablo bağlantı hatlarının tasarımı ................. 329
9.20.6.5. Kesitlerin değerleri ve darbe koruma cihazlarının artçı
koruması .......................................................................................... 330
9.20.6.6. Yıldırımdan Koruma Bölgesi Kavramı................................ 332
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -12-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.1. Koruma Sistemlerinin İncelenmesi
9.1.1 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.
9.1.1.1. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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.
9.1.1.2. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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
gerçekleştirmelidir.
tehlikeden
uzak
kontaklarla
9.1.2. 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.
9.1.2.1. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 L 2 , I L 2 olduğunda 1 ve 2 fazlarına ait
empedanslar
U L1 U L 2
ile belirlenir. Bir hata halinde görünen
I L1 I L 2
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 I 1 akımına
bazı durumlarda çevirme oranı farkı ile yakın olacaktır. Buna
karşılık bir elemanda veya devrede bir hata meydana gelirse I 2 ile
I 1 akımlarının geometrik farkı büyük olacak ve bu özellik bir
hatanın belirlenmesi için kullanılacaktır.
5. Giriş ve çıkış arasındaki güç yönünün değişmesi de etkenlerdendir.
9.1.3. Koruma Cihazları
Elektriksel tehlikelere karşı insan hayatının korunmasına katkıda
bulunur,
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -17-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Ekipmanların hasara uğramasını önler (OG baralarında meydana
gelen 3-faz kısa devrede 1 saniye içinde 50 kg bakır erir ve ark
merkezindeki sıcaklık 100000C 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.
9.1.4. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 .
9.1.5. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.1.5.1. 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.
9.1.5.2. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.2. Güç Sisteminin Araştırılması ve Çözümler
9.2.1. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.4. Paralel besleme sistemi
Şekil 9.5 İki busbarlı besleme sistemi
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -25-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.6 Gözlü besleme sistemleri
Şekil 9.7 İç enerji üretimi ile besleme sistemi
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -26-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.2.2 Nötr Topraklama Sistemleri
Nötr noktası tipine (kapasitif, omik ve endüktif) ve nötr empedansı ZN
değerine göre 5 farklı metotla topraklanır.
nötr ve toprak arasında hrhangi bir bağlantının olmadığı
ZN
izole nötr
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
ZN
0 Nötrün toprağa doğrudan bağlanması
9.2.2.1. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Yerel ve ulusal uygulamalar,
9.2.2.2. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.2.2.3. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Tablo 9.2. Nötr topraklama sistemlerinin karşılaştırılması
9.2.2.4. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 7.10. İzolasyon izleme cihazı (IMD)
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -31-
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.
Avantaj
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Koruma fonksiyonu
Hatalı fider ANSI 67N yönlü toprak hata koruma ünitesi tarafından
algılanır, (Şekil 9.11)
Şekil 9.11. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Uygulamalar
Bu çözüm işletme sürekliliği gerektiren endüstriyel güç sistemlerinde
sıklıkla kullanılır.
9.2.2.5. 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, 15-50 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 100-300A 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Koruma üniteleri basit ve seçicidir ve akım sınırlandırılmıştır,
Sakıncaları
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 9.12 . Nötr ve toprak arasına doğrudan direnç bağlanması
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -35-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.13. 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 9.14. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 7.15. 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 9.16. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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:
Transiyent akım asimetrisi,
Akım transformatörü satürasyonu,
Performansın dağılması.
Uygulamalar
Genel ve OG dağıtım sistemlerinde uygulanır .
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -38-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.2.2.6. 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 9.17. 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 ILN
akımı Güç sisteminin IC toplam kapasitif akımından çok daha fazla olması
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -39-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
gerekir. Dağıtım sisteminde darbe şeklindeki aşırı gerilimleri önlemek ve
hata algılamasında basitliği sağlamak için 300-1000 A gibi yüksek akım
değerleri kullanılır.
Avantajları
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.
Sakıncaları
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 9.18. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.2.2.7. 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 9.19. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Akımlar
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 9.20. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Sakıncaları
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Kompanzasyon reaktansı söndürme bobini veya Petersen bobini olarak
adlandırılır.
Uygulamalar
Yüksek kapasitif akımlı OG dağıtım ve genel dağıtım şebekelerinde
uygulanır.
9.2.2.8. Nötrü doğrudan topraklı sistemler
Blok diyagram
Nötr iletkeni sıfır empedans üzerinden toprağa bağlanmıştır.
İşletme tekniği
Şekil 9.21. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Avantajları
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.
Sakıncaları
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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.
9.3.1. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.3.2. 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,
7. Döner makinalar ve kabloların I 2 .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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Transformatör koruma noktaları
9.3.3. 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.
9.3.4. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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.
9.3.5. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.22. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Genellikle
T
300msaniye alınır.
Zaman karakteristikli seçici sistemin avantajları
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.
Sakıncaları
Kademe sayısı fazla olduğunda en üst kademedeki koruma ünitesi
en uzun süreye sahip olacağından arıza temizleme süresi
ekipmanın kısa devre dayanımı açısından uygun olmayabilir.
Uygulama
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 9.23. Sabit zaman ve ters zaman karakteristikli seçicilik eğrileri
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -53-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
1. Sabit zamanlı röleler.
Uygulama şartları ISA>ISB>ISC 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.
9.3.5.1. Akım Karakteristikli Seçicilik
Şekil 9.24 Akım karakteristikli seçicilik
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -54-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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
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
Sakıncaları
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Uygulama
Aşırı akım değerleri ayarlaması için 1.25.I ScB max
I SA
0,8.I SCAmin
şartının sağlanması iki ünite arasında seçici ayırmayı gerçekleştirebilir.
Şekil 9.25 Akım karakteristikli seçicilik eğrileri
9.3.5.2. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 9.27. Lojik seçici açtırma çalışması
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -57-
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.
Avantajları
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.3.5.3. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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
9.3.5.4 Diferansiyel Koruma Seçiciliği
Bu koruma üniteleri aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi güç sisteminin her iki
ucundaki giriş ve çıkış akımlarının karşılaştırılma esasına dayanır.
Şekil 9.29. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Diferansiyel koruma sisteminde ani açma I A
IB
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 RS
stabilizasyon direncine bağlanır
Şekil 9.30 Yüksek empedanslı koruma
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -61-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
% oransal diferansiyel koruma sistemi. I A ve I B akımları
arasındaki fark oransal olarak belirlenir ve stabilite akım değerine
bağlı bir blokajla sağlanır.
Şekil 9.31. Oransal diferensiyal koruma
Avantajları
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.
Sakıncaları
Tesis edilme maliyeti yüksektir.
Aşırı akım koruması tarafından desteklenmelidir.
Uygulama
Yüksek güç değerlerine sahip önemli motorlar, jeneratörlar,
transformatörler, baralar, kablolar ve hatlar için kullanılırlar.
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -62-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.3.5.4. 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.
9.3.6. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
1. Dağıtım transformatörü,
2. 2. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.4. Şebeke Koruması
9.4.1 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.4.2. 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.
9.4.2.1 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.
9.4.2.2. 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 60255’e uygun olarak
akım ve zaman arasındaki bağlantılar aşağıda verilen ifade yardımıyla
belirlenir.
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -71-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
k.
t
I
1
I
Bu ifadede:
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.4.2.3 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.4.3. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.36:
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -75-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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
1,2.
I max
ifadesi ile belirlenir
k
Bu ifade de
1,2
emniyet faktörü
k
rölenin resetleme faktörü
Imax maksimum yük akımı
Hat üzerindeki maksimum yük akımı tahmin edilebilir.
Minimum kısa devre akımı ISCmin olmak üzere akım çekme eşik değeri:
I PU
0,7.I SC min
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -76-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Özet olarak zaman aralığı içinde rölenin çekme akım eşik değeri,
1,2.
I max
k
I PU
0,7. ifadesi yardımıyla elde edilen değerlere uygun
olmalıdır.
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.5. Güç Sistemleri Koruması
9.5.1. Tek Beslemeli Güç Sistemleri
9.5.1.1 Fazlar arası hata durumu
Şekil 9.39. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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.
9.5.1.2. Faz-toprak hatası
Transformatör nötrünün direnç üzerinden topraklanması durumu
Şekil 9.40. Transformatörün nötrü direnç üzerinden topraklı sistemde faz-toprak
hatası
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -81-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Transformatör nötrünün ana baralar üzerinden topraklanması
Şekil 9.41. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.5.2. İki Besleme Girişli Sistemler.
9.5.2.1. Fazlar arası hatlar
Şekil 9.43. 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
T kesicinin açma süresi olup
yönlü koruma üniteleri ile donatılır.
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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.
9.5.2.2 Faz-Toprak hataları
Giriş transformatörlerinin nötr noktalarının diren üzerinden topraklı iki
besleme girişi
Şekil 9.44. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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.
9.5.3. İlave koruma fonksiyonları
9.5.3.1. Kuplaj
Şekil 9.45. Güç sistemi kuplaj koruması
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -89-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Otomatik kaynak transferi
Şekil 9.46. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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.
9.5.4. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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.
9.5.5. 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.
9.5.5.1. Diferansiyel Koruma
Şekil 9.48. Kapalı göz diferansiyel koruması
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -93-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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.
9.5.6.2.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 9.48. Göz aşırı akım koruma ve yönlü koruma
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -94-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.6. BUSBAR Koruması
9.6.1. Hata Tipleri Ve Koruma Fonksiyonları
9.6.1.1. 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 9.49. Zamana bağlı seçicilik
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -96-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 9.50. Busbar korumasında lojik seçiciliğin sağlanması
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -97-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.7. Transförmatör Koruması
9.7.1. 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.
9.7.2. İşletmedeki Zorlanmalar ve Hata Şekilleri
Transformatörü etkileyen ana hatalar
Aşırı yük
Kısa devre
Tank hataları
9.7.2.1 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 9.51. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.7.2.2. 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.
9.7.2.3. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.7.3. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
1. Yağ tankına sahip transformatörler için BUCHHOLZ
röleleri ve
2. Hermetik transformatörler
detektörleridir
için
gaz
ve
basınç
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.57 Transformatörde aşırı akım koruması
Yüksek gerilim sigortaları nominal güçleri düşük transformatör
için kullanılır
9.7.3.1. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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.
9.7.3.2 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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.
9.7.4. Yönlü Aşırı Akım Rölelerinin Açıklanması
9.7.4.1. Toprak hata yönlü koruma
Toprak hata korumasında polarizasyon miktarı olarak sık sık kullanılan
rezidüel akım ve rezidüel gerilim ölçülür. Herhangi bir 3-fazlı sıstemde
  
F1 , F2 , F2
büyüklükleri arasında dengesizlik olması halinde simetrili
bileşenler teorisine göre

Sıfır bileşeni Fh
1 
.( F1
3

Rezidüel değişken ise Fr

F2

F1

F3 ) olarak ifade edilir.

F2

F3 ile ifade edilir.İfadeden
anlaşılacağı üzere rezidüel değişken sıfır bileşen değişkeninden 3
kat daha büyüktür.
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -112-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Rezidüel akım ya 3 adet akım transformatörüyle veya 3-faz iletkeni içine
alan toroidal transformatör yardımıyla ölçülür.
Şekil 9.61
3-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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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
9.7.4.2. Transformatör Diferansiyel Koruma
Diferansiyel koruma genellikle 10
transformatörlerda kullanılan çok önemli
olarak transformatörün giriş ve çıkış
karşılaştırılması esasına dayanan yüksek
şeklidir.
MVA gücünden yukarı
bir koruma sistemidir. Basit
terminallerindeki akımların
güvenirliliğe sahip koruma
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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.
İç
hataların
algılanması
ID
IP
nS
.II S
nP
ifadesiyle
belirlenen
diferansiyel akımın değerlendirilmesine dayanır. ( I P taransformatorun
primer akımı, I S transformatörün sekonder akımı, n S transformatörün
sekonder sarım sayısı, n P transformatörün primer sarım sayısı) I D
diferansiyel akım sıfıra eşitse transformatör sürekli çalışma şartlarına
sahiptir.
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -116-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Ancak genellikle
nS
transformatörün çevirme oranı sekonder gerilim
nP
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
ID
diferansiyel akımı
Ir
1
. IP
2
nS
.I S
nP
ifadesiyle belirlenen sınırlandırılmış akımla karşılaştırılır.
Bu durumda diferansiyel rölenin açtırma şartları:
ID
k
1
k Ir 1 , ID
1
Im
kademe değiştirici karakteristiklerine ve ölçü hassasiyetine bağlı
olarak belirlenen ayar değeri,
I m transformatörün mıknatıslanma akımıdır.
İstenmeyen diferansiyel akımları meydana getiren
davranışları
transformatör
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.67
Diferansiyel röle işletme-bias Karakteristiği
Bias akım I
1
. IP
2
IS
I P Transformatörün primer akımı
I S Transformatörün sekonder akımı
I N Transformatörün nominal akımı
pu olarak bias akımı =
I
IN
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -120-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 S
ID
I
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
Şekil 9.68
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -121-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Akım transformatöründe satürasyonun başladığı noktadaki gerilim
VK
A.I B . RCT
2.RL
I B Akım transformatörünün sekonder tarafindan görünen nominal
akım değeri
RCT Akım transformatörünun sekonder sargı direnci
R L Akım transformatörü ile role arasındaki bağlantı iletkeninin
direnci
A Transformatörün gücüne bağlı bir sabit olup
2MVA
S TN
14 MVA........ A
30
24
15MVA
S TN
39 MVA...... A
40 MVA
S TN
70 MVA...... A 16
değerlerini alır.
Örnek
ST
50 MVA A 16
Kullanılan akım transformatörleri
I P1
600 A.......U 1
63kV ..... I S 1
1A
I P2
3000 A.....U 2
11kV .....I S 2
1A
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -122-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.7.5. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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
etkilenmeyecek yapıda ve ayarda olmalıdır.
belirtilen
nedenlerden
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
kullanarak hesap edilir. Toprak hata koruması aşağıdaki şekilde görüldüğü
gibi sadece bir adet bias işletme karakteristiğine sahiptir.
Şekil
9.71.Sınırlandırılmış
Karakteristiği
Bias akım I
1
. IP
2
toprak
hata
korumasının
IS
I P Transformatörün primer akımı
I S Transformatörün sekonder akımı
I N Transformatörün nominal akımı
pu olarak bias akımı =
I
IN
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -127-
işletme-bias
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.7.6. Transformatör Termik Aşırı Yük Koruması
Transformatörün faz iletkeninin izolasyonu sargılardaki sıcaklık dizayn
sınır değerlerinin üzerine çıkarsa hızla eskir. Isı transformatörün
I 2 .R ifadesiyle verilen ve ısıya dönüşen aktif kayıpları nedeniyle yükselir.
Sıcaklık artışları aşagıdaki şekilde gösterildiği gibi zamanın fonksiyonu
olarak gelişir.
Şekil 9.72
9.7.9.1. Gaz etkisiyle çalışan röleler
Kötü bağlantıların ve sac paket yalıtım bozukluklarının, yerel ısınmalar
doğurmaktadır. Transformatör yağı 2100C 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 9.73.
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -129-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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
9.7.7. Transformatör Korumaları ile ilgili Örnekler
Şekil 9.74.
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -131-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.75..Yüksek Güçlü OG/AG Transformatör koruması
Şekil 9.76. Düşük güçte YG/OG transformatör koruması
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -132-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.77. Yüksek güçlü YG/OG transformatör koruması
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -133-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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.
9.8.1. Jeneratör ve Jeneratör-Transformatör Üniteleri
için
Koruma Röleleri
9.8.1.1. Strator toprak hata koruması
Şekil 9.78: Stator toprak hata koruması
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -135-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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.
9.8.1.2 Yönsüz toprak hata akımı rölesi
Şekil 9.81: Yönsüz toprak hata akımı rölesi
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -139-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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.
9.8.1.3 Yönlü toprak hata rölesi
Şekil 9.82: Yönlü toprak hata akımı rölesi
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -140-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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.
9.8.1.4. 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.
9.8.1.5. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 max
I S . RCT
RL 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
d R ve S R röleleri iç hata halinde 1ms den daha kısa bir zamanda
çalışırlar. Eğer 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.
Id
oranının
IT 3
ayarlanan stabilite sınırının altında (normal olarak %20) röle stabil kalır.
Id
IT 3
oranı satüre olmuş akım transformatörlü devrenin direncinin
diferansiyel devredeki dirence oranı olarak belirlenir.
9.8.2. 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
%110-120
RTD koruması, ANSI 49T, jeneratörün izolasyon termal sınıfına bağlı
15. Bölümde daha detaylı irdelenmektedir.
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -144-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.9. Motor Koruması
9.9.1. 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.
9.9.2. 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.
9.9.3. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.9.4. 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.
9.9.5. 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.
9.9.6. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
sargısına giden akımı karşılaştırarak akımlar arası fark belirlenen değerin
üstünne çıktığında motoru devreden çıkarır.
9.9.7. 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.
9.9.8. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
soğutmasını sağlayacak havalandırma olmadığından aşırı ısınma
çok çabuk meydana gelir.
9.9.9. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.10. Motorun İç Hataları
9.10.1 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 12-15
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.10.2. Aşırı Gerilimlere Karşı Koruma
9.10.2.1 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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.
9.10.3. 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 9.85. Stator sargılarında meydana gelen izolasyon hatası
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -151-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 9.86. İşletmeye bağlı olarak motor sargılarının ömrü
Bu nedenle aşırı yüke karşı koruma yapmak motor sargı izolasyonun
yıpranmasını önlemek açısından zorunludur.
Şekil 9.87. İzolasyon direncinin sıcaklığa göre değişimi
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -152-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.11. Motorlarda Dış Etkilerin Neden Olduğu
Hatalar
9.11.1. 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 9.88. Gerilim darbesi
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -153-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 1200
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 9.89. 3-faz dengesiz gerilimler.
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -154-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Dengesizlik aşağıda verilen eşitlikten yaklaşık olarak hesap edilebilir.
Dengesizli k %
100.
U MAX U ORT
U ORT
Dengesizli k %
100.
U ORT U MIN
U ORT
veya
U MAX
En yüksek gerilim
U MIN
En düşük gerilim
U ORT
U1 U 2 U 3
3-faz gerilimlerin ortalama değerleri
3
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 60034-26 gerilim dengesizliğinde motor azaltma faktörü için şekil
9.90’da verilen azaltma faktörlerini belirlemiştir. Bu dengesizlik, boyutları
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -155-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
dikkate alınarak aşağıdaki şekilde verilen azaltma faktörlerine göre
motorların aşırı boyutlandırılması gerekebilir.
Şekil 9.90. Besleme sistemindeki dengesizliğe göre motor gücündeki azalma
faktörü
Gerilim düşümü ve kesilmesi
Gerilim düşümü (şekil 9.91) besleme noktasında gerilimin aniden
kaybolmasıdır.
Şekil 9.91. Gerilim düşümü ve kısa süreli gerilim kesilmesi
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -156-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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.
9.11.2. Motor işletmesi sırasında meydana gelen dış
hatalar .
9.11.2.1. 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) .
9.11.2.2. 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 3500C ye
kadar ulaşır.
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -159-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.12 Kısa Devrelere Karşı Koruma
9.12.1. 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 ,
9.12.1.1. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
- İzolasyonun yanarak toz haline gelmesi,
- Ekipmanda yangın olmasına yol açabilir.
9.12.1.2. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
- 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 60947-2 ye göre kesiciler için kesme ve kapama kapasiteleri
9.12.2. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.92. 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.
9.12.3. Manyetik Kesiciler
Bu kesiciler her bir faza yerleştirilen manyetik tetikleyiciler vasıtasıyla
çalışan kesme kapasiteleri sınırları içinde koruma yapan cihazlardır. (Şekil
9.93)
Şekil 9.93. Manyetik kesiciler.
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -164-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 9.94. Manyetik kesicinin açtırma eğrileri
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -165-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Burada çok kısa kesme süresinde kısa devre akımı maksimum değerine
ulaşmadan kesilir. Böylelikle ekipman üzerinde ve bağlantı elemanlarında
termal ve manyetik zorlamalar minimuma indirilir.
9.12.4. 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 400C 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.12.4.1. 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 60947 -4-1 de aşırı yük röleleri tablo 7’de verilen şekilde kategorilere
ayrılmıştır.
Tablo 9.7: IEC 60 947-4-1 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Elektronik rölelerin haricinde bu röleler, termal hafızaya sahiptir ve
- yük ile seri bağlanırlar veya
- yüksek güç değerlerinde akım transformatörlerı üzerinden bağlanırlar.
Şekil 9.95. Aşırı yük rölesinin açtırma eğrileri
Bi-metal termal aşırı yük rölesi
Şekil 9.96. Bi-metal aşırı yük rölesi ve sembolik gösterilişi
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -169-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 9.97. Değişik aşırı yük röleleri için işletme sınırları
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -170-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
-
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 60947-4-1 ve 60947-6-2 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
- 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
elemanların içine sokularak bu elemanlarda ani sıcaklık artışı meydana
geldiğinde gerekli açtırmayı sağlarlar.
Şekil 9.99. PTC termistör propları işletme sınırları veya işletme noktaları
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -173-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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.
9.13.1 Hata Tipleri
Kondansatör gruplarında oluşabilecek muhtemel hatalar
Aşırı yüklenme
Kısa devre
Gövde hatası
Kondansatördeki kısa devre
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -174-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.13.1.1. 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.)
9.13.1.2. 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.
9.13.1.3. Gövde hataları
Koruma topraklama sistemine göre düzenlenir. Eğer sistemin nötrü
topraklı ise gecikmeli toprak hata koruma cihazı kullanılır.
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -176-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.13.1.4. 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.
9.13.2. Kapasitör Gruplarının Korunması ile ilgili
Örnekler
Çift yıldız bağlı kapasitör grubu için koruma
Şekil 9.100
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -177-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Tablo 9.9 Ayar Bilgileri
Hata tipi
Ayarlar
Aşırı Yük
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
Sabit zamanlı aşırı akım koruması ayar yaklaşık 10.In
ve gecikme yaklaşık 0,1 saniye
Gövde hatası
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.13.3. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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.
9.13.3.1. Transiyen aşırı gerilimler :
. Düşük cephe süreli aşırı gerilimler
. Dik cephe süreli aşırı gerilimler
. Çok dik cephe süreli aşırı gerilimler
9.13.3.2. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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.
9.13.3.3. Güç frekansında aşırı gerilimler
Toprak hatası
Rezonans veya ferro rezonans
Nötr iletkenlerinin kopması
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -181-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 Ce
değerindedir. Hatalı sisteme ait eşdeğer diyagram şekil 9.101’ de
görülmektedir.
Şekil 9.101: Toprak hatası durumunda hatalı devrenin eşdeğer diyagramı
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -183-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Burada
Ce Nötrü yalıtılmış sistemde faz-toprak kapasitansıdır ve bağlantı
hatlarının uzunluğuna ve tipine (hava hattı veya kablo) bağlıdır.
C0 Sıfır bileşen kapasitansı,
RH hata yeri direncinin sıfır kabul edildiği durumlarda hata akımı aşağıda
verilen ifade yardımıyla bulunabilir.
3. .Ce .U (1)
IH
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.
IH
I KE
1
IH
.RH
U
2
(2)
Sıfır bileşen kapasitansı üzerinden I KE hata akımı aktığında U 0 sıfır
bileşen gerilimi meydana gelir.
U0
1
.I KE (3)
3. .C0
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -184-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
(2) ve (3) denklemleri kullanılarak aşağıdaki ifade elde edilir.
U0
U
1
1
İfadeden de anlaşılacağı üzere R H
3. .C0 .RH
(4)
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,
3 çarpanı esas alınarak artacak ve en
yüksek değerini olan 1,05.U LL 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Toprak hata akımı şekil 9.103’de görülen hata eşdeğer devresine göre
R NTD .3. .C0
U. 1
I KE
RH
R NTD
2
2
RH .R NTD .3. .C0
2
Eğer sistemin toprak kapasitansına ait reaktansın değeri nötr topraklama
direncinin değerinden çok büyükse, aşağıda verilen basitleştirilmiş formül
kullanılır.
I KE
U
RH RNTD
Burada
U sisteme ait faz-nötr gerilimi
R H hata yeri direnci
RNTD nötr topraklama direnci
Toprak hatası halinde nötr noktası geriliminin alacağı değer:
I KE
U0
1
R NTD
2
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
iii. Yalıtılmış veya Empedans üzerinden topraklanmış Nötr
Şekil 9.104
Doğrudan topraklanma hatası meydana geldiğinde nötr noktası ile toprak
arasındaki gerilim
UN
U LN değerine ulaşır. Sağlam fazlara ait faz
toprak gerilimleri:
U 2T
U L2 N
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.105
Toprak hata faktörü k ile ifade edilirse, sağlam fazlarda meydana gelen
faz-toprak gerilim yükselmeleri
U L2 N
U L3 N
k.U LN
U LN Nominal faz nötr gerilimi
k toprak hata faktörü simetrili bileşenler metodu ile belirlenir.
U L1N
0
I L2
I L3
0
Bu şartlara göre akımların simetrili bileşenleri
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -189-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
3.I (1) L1
I L1
a.I L 2
3.I
2 L1
I L1
a 2 .I L 2
3.I 0 L1
I L1
I L2
Burada I 1 L1
a 2 .I L 3
I L1
a.I L 3
I L1
I L3
I 2 L1
I L1
I0
Gerilimlerinde simetrili bileşenleri
U L1N
U 1 L1N
U 1 L1N
U
U
2 L2N
U0
U0
2 L1N
Hatalı fazın gerilimi
U L1N
UN
Z 1 .I 1 L1
Z 2 .I 1 L1
(Z 0
3RF ).I 1 L1
0
Hata akımının doğru bileşeni
I 1 L1
Z1
U LN
Z2 Z0
Ayrıca I L1
I 1 L1
IF
I L1
I KE
3.RF
I 2 L1
Z1
I0
3.I 1 L1 toprak hata akımının değeri
3.U LN
Z2 Z0
3.RF
sağlam fazlara ait faz-toprak gerilimlerinin değeri
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -190-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
U L2 N
a .U LN . 1
U L3 N
a 2 .Z 2
Z1
2
Z1
Z2
Z0
a 2 .Z 2
Z1
a .U LN . 1
a.Z 0
Z1
Z2
3.RF
a.Z 0
Z0
3.RF
Toprak hata faktörü
k
a 2 .Z 2
Z1
1
Z1
Z2
a.Z 0
Z0
3.RF
olarak bulunur.
Çoğunlukla şebekelerde jeneratörler yeterli uzaklıkta olduğundan büyük
bir yaklaşıklıkla Z 1
k
1
Z 2 olacaktır ve
Z0
a Z1
2.Z 1
Z0
3.RF
yazılır.
Şekilde görülen empedanslar pratik olarak
ZT
RT
jX T
ZL
RC
jX T
Pozitif bileşen empedansları
Z 0T
R0T
jX
0T
Z 0T
R0T
jX
0T
Sıfır bileşen empedansları
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -191-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
R(0) 8
X (1)
7
k = 1.7
6
k = 1.6
5
4
3
k = 1.5
2
k = 1.4
1
k = 1.3
k = 1.2
1
2
Şekil 9.106/a R(1)
3
4
0 and R f
5
0 için:
X( 0 )
X(1)
6
ve
8
7
X(0)
X (1)
R(0)
X(1)
oranları ile ilgili topraklama faktörleri
R(0) 8
X (1)
7
k = 1.7
k = 1.6
6
k = 1.5
5
4
k = 1.4
3
2
k = 1.5
k = 1.3
k = 1.2
1
1
2
Şekil 9.106/b R(1)
3
0.5 X(1) ve R f
4
0 için
5
X( 0 )
X(1)
6
ve
R(0)
X(1)
7
8
X(0)
X (1)
oranları ile ilgili
topraklama faktörleri
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -192-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Örnek 1
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 0.5 . dir.
- Transformatör karakteristikleri :
Usc
24.2 %
RT
XT
0.046
X( 0 ) T
0.7
XT
XT
Usc
Un2
Sn
11 103
0.242
RT
X( 0 )T
24 10 6
1.22
0.056
0.85
Kısa devre gerilimleri kısa devre akımlarını endüşük değere indirmek
amacıyla yüksek seçilmiştir. Gerçekten de Usc yüksekse
olduğundan aşırı gerilim faktörü azaldığından
R(0)
X(1)
X (1) X T X C
en az değerdedir.
(Bakınız şekil 9.106)
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -193-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
- kablo karakteristikleri :
RC
L
S
0.036 1000
240
XC
X( 0 )C
3 XC
01
.
0.3
0.15
/ km
/ km
/ 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( 0)
3 Re
RT
RT
X(1)
0.056
3 0.5 0.056 1.56
XT
1.22
X ( 0) X ( 0)T 0.85
Böylece
R(1)
0.05 X(1)
0
R(0)
X(1)
X( 0)
X(1)
1.28
0.70
Şekil 9.106/a’dan k 1.4 ve 1.5.arasında bir değer seçilir.
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -194-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Transformatörden 5 km uzakta gerçekleşen galvanik hata durumunda
( R f 0 ) 5 km
R(1)
R( 0)
3 Re
RT
RC
X(1)
X( 0 )
Böylece
RT
R(1)
0.056
0.15 5 0.81
3 0.5 0.056
0.15 5 2.31
XT
X( 0 )T
RC
XC
1.22
X( 0 )C
0.1 5 1.72
0.85 0.3 5 2.35
0.47 X(1)
R(0)
X(1)
X(0)
X(1)
1.34
1.37
Şekil 9.106/b’den k 1.2 -1.3.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:
uK
%12
RT
XT
0,046
X
0T
XT
0,7
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -195-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
ZT
2
U LL
uK .
SN
RT
0,22
XT
4,65
2
31,5
0,12.
25
4,76
Kablo karakteristikleri
RL
X
0 L
.L 0,018.1000
0,075 / km , X L
S
240
3. X L 0,3 / km
0,1 / km ,
Transformatör terminalerinde tam bir toprak hatası olduğunda R F
, R0
R1
RT
X1
XT
4,65
, X
Z1
R1
jX 1
0,22
j 4,65
Z0
R0
X
1,72
j3,26.0
k 1
0,22
0
a Z1
2.Z 1
Z0
Z0
3.RF
3.RE
X
0
1
0T
RT
0
3.0,5 0,22 1,72
4,65.0,7 3,26
0,5 j 0,866 0,22 j 4,65 1,72 j3,26
2 0,22 j 4,65 1,72 j3,26 3.0
1.16
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
R1
RT
R0
3.RE
X1
XT
X
X
0
Z1
Z
0
k 1
RL
0,22 5.0,075
RT
RL
XL
R1
X
a Z1
2.Z 1
Z0
3,26 0,3.5
0 L
jX 1
R0
3.0,5 0,22 5.0,075
2,1
4,65 5.0,1 5,15
X
0T
0,66
0,66
0
Z0
3.RF
4,76
j5,15
2,1
1
j 4,76
0,5 j 0,866 0,66 j5,15 2,1 j 4,76
2 0,66 j5,15 2,1 j 4,76 3.0
1.112
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
sınırlandırılmalıdır.
hata
akımlarının
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -197-
büyüklükleri
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 10000 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 9.107’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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
ii. RS 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
154/31,5 kV indirici transformatörün 31,5 taraftaki empedansı
31,5 2
.0,12
25
Z TRTM
4,763
Yumurtalık transformatör merkezinden N1 istasyonu arasındaki 31,5 kV
,3x3/0 , 0,63 km enerji nakil hattı empedansı
Z OHL
0,483 ohm/ km .0,63 km
0,3043ohm
31,5/6,3 kV ,6,3 Güç transformatörünun 31,5 kV taraftaki empedansı
2
Z ETR82101
31,5 2 kV
.0,06
6,3 MVA
9,45ohm
Yumurtalık TM nötr topraklama elektrodu empedansı
RE
2ohm (şartnamelere göre )
N1 istasyonu topraklama empedansı
RT
2ohm (şartnamelere göre .)
ETR 80101 Güç transformatörünun 31,5 kV primer tarafında toprak hatası
meydana geldiğinde
Şekil 9.109:Toprak hata diyagramı
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -201-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Transformatörün primer sargılarında bir toprak hatası meydana
geldiğinde toprak hata akımı simetrili bileşenler kuralına göre
If
Z TRTM Z OHL
3.U LL
3.31,5
2,057kA
Z ETR80101 3.( RE RT ) 4,763 0,3043 9,45 3.(2 2)
N1 istasyonundaki ETR 82101 dağıtım transformatörünun nötrüne ve AG
tarafına transfer edilen gerilim
UT
RT .I f
2 ohm .2057 kA
4114Volt (Bu gerilim değerinde insan
hayatının güvenliği açısından gereken açma değerini sağlamak mümkün
değildir.
31,5 kV ana pano baralarında kısa devre meydana geldiğinde
If
Z TRTM
3.U LL
Z OHL 3.( RE
RT )
3.31,5
4,763 0,3043 3.(2 2)
3,196kA
N1 istasyonundaki ETR 82101 dağıtım transformatörünun nötrüne ve AG
tarafına transfer edilen gerilim
UT
RT .I f
2 ohm .3196 kA
6932Volt (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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
2. Eğer tüm topraklama sistemleri ortak topraklama sistemi ile
birleştirilmek istenirse,
Ortak topraklama sistemi elektrod direnci
UL
If
RT
125
2057
0,061ohm (transformatör primer sargılarında
toptak hatası meydana geldiğinde)
UL
If
RT
125
3196
0,039ohm (31,5 kV dağıtım panosu ana baralarında
toprak hatası meydana geldiğinde)
Toprak elektrod direnç değerleri sağlandığında toprak hata akımları
If
Z TRTM Z OHL
3.U LL
3.31,5
2,635kA
Z ETR80101 3.( RE RT ) 4,763 0,3043 9,45 3.(2 0,061)
Veya
If
Z TRTM
3.U LL
Z OHL 3.( RE
RT )
3.31,5
4,763 0,3043 3.(2 0,039)
4,882kA
ETR 82101 dağıtım transformatörü nötrüne ve N1 istasyonu AG tarafına
transfer edilen gerilim
UT
RT .I f
0,061 ohm .2635 kA
160Volt veya
UT
RT .I f
0,039 ohm .4882 kA
190Volt olur.
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -203-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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
If
UL
RT
125
2
65 A 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
RNE :
If
3.U LL
Z TRTM
Z OHL
Z ETR80101 3.( RE
RT
RNE )
Ve buradan
RNE
3.U LL
I f . Z TRTM
Z OHL
Z ETR80101 3RE
3RT
3.I f
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -204-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
R NE
3.31500 65. 2.(4,763 0,3043 9,45) 3x2 3x2
3x65
266ohm 270ohm
Söz konusu nötr toperaklama direnci değerinde meydana gelebilecek
maksimum toprak hata akımının değeri
If
3.U LL
Z TRTM Z OHL Z ETR80101 3.( RE RT
3.31500
RNE ) 4,763 0,3043 9,45 3. 2 2 300
59A
Ve toprak hatasi halinde transfer edilen gerilimin değeri
UT
RT .I f
2 x59 118Volts (Koruma cihazının 0,5 saniye açma
süresi için kabul edilebilir sınırlar içerisindedir).
TN Sistemler
Şekil 9.110
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -205-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
U L1 ,U L 2 ,U L3 monofaz gerilimler
Z T Transformatör empedansı
Z L Hat empedansı
Z PE Koruma iletkeni empedansı
Toprak
UT
hatası
halinde
koruma
aktif
olmayan
iletken
bölümlerde oluşacak potansiyel
R E Nötr elektrod direnci
Aktif olmayan iletken bölümlerde sağlam fazlarda meydana gelecek
gerilim yükselmesi kM
U L 2 UT
UN
U L3 UT
UN
Topraklanma faktörü
Z0
ZT
kT
a
1
e
ZL
3.Z PE
a.3.Z PE
3. Z T Z L Z PE
Z1
ZT
1
Z PE
Z L ve R F
0 olduğunda
a.Z PE
ZT Z L
j2
3
ZT , Z PE Z L ile karşılaştırıldığında ihmal edilebilir. Uzun kablo halinde
aşırı gerilim maksimumdur.
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -206-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Böylece k M
kM
1
a Z PE
olur .
Z PE ZC
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
kM
1
2
a
3
Z PE
Z PE
RPE
ZC
ve k M
1
RPE
RC
2
3
1
2
2
3
j
3
2
ve sonuçta kM 1.45
olacaktır.
TT Topraklama Sistemi
Şekil 9.111
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -207-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
R E İstasyon nötr topraklama elektrod direnci
RT 1 1. hatalı yük toprak elektrod direnci
RT 2 2. yük toprak elektrod direnci
U T 1 1. hatalı yük faz toprak gerilimi
Aktif olmayan iletken bölümler ile ilgili sağlam fazların aşırı geriliminin
bilinmesi gerekir,
kM
U L2 U T
UN
U L3 U T
UN
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.
IF
U L1
RE RT 1
Topraklama
kM
ve
hatası
ZT Z L I f 0
halinde
sağlam
fazların
gerilim
yükselmesi
3 1.73
Bu yükün sağlam fazlarının gerilimi:
U L 2 U N veya U L3 U N olduğu göz önüne alınarak
U L 2 U N U L 2 RE I F U L 2
kM 1
a RE
RE
RE U L1
U L2 1
U L 2 aU L 2
RE RT
RE RT
RE RT
a RE
,
RE RT
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -208-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
RT RE ,k M 1.
1.32
RT RE ,k M 1.
1.32
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
ulaşır.
3 değerine
Tablo 9.10.
Orta ve Yüksek gerilim (1)
Alçak gerilim (2)
Doğrudan topraklanmış Yalıtılmış veya empedans TN
nötr (YG veya OG)
üzerinden topraklı nötr sistem
(OG)
sistem sistem
< 1.73 *
1.73
1.73
1.45
TT
IT
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 9.112 Şebekedeki gerilim
U
UR
UL
UC
R.I
j.L .I
1
.I
j.C.
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -210-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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
L.C.
2
U C ve jL .I
1
j.C.
buradan
1b olur ki söz konusu durumda açısal frekans
r
rezonans
açısal frekansı olacaktır.
k, aşırı gerilim faktörü ise k
UL
U
L. r
R
1
R.C.
olacaktır.
r
i.Paralel Rezonans
R, L, C elemanlarından meydana gelen devreye J akım kaynağı uygulansın
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -211-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.113
Söz konusu devre için aşağıda verilen ifade geçerlidir.
J
1
R
1
j.L.
j.C.
Rezonans durumunda I L
U
j.L.
L.C.
U
IC
j.C .U
2
1
R.J endüktans ve kapasitans bir açık devre gibi davranır.
Rezonans durumunda rezonans açısal frekansı L.C.
r
1 ifadesiyle
belirlenir.
Aşırı gerilim faktörü
k
R.J
L. r .J
R
L. r
R.C.
r
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -212-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 9.114
Toplam akım I T
U
R
j. C. .U
IL
RMS değer olarak
U2
R2
I T2
I
2
T
U2
R2
C. .U
C. .U
IL
IL
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -213-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Bu eşitlik, grafik olarak çözülüp çizilirse U geriliminin fonksiyonu olarak
aşağıda verilen ifadelerle gösterilir.
I
I T2
I
C. .U
U2
R2
IL
Şekil 9.115
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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
VA
C
I
V
VA
t
Şekil 9.116 Kesicinin kesmesi esnasındaki transiyent toparlanma gerilimi
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -215-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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
1000
225
t
~ 1 ms
Şekil 9.116 Sigorta kesme işlemi esnasında oluşan transiyent aşırı gerilim
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -216-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
CB
B ID
A Is
C
IL
Ls
VA
Cs
Cp
L
I0
Lp
Şekil 9.117 Endüktif yük şebekesinin kesilmesi
Ls Kesicinin üst tarafındaki şebekenin endüktansı
Cs 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.118
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
Ichop
olarak
adlandırılır.
L ’de
depolanan
1
L I a2
2
enerjisinin
Cp
kapasitansında
toplanmasından dolayı sistemde titreşim başlar.
Eğer Vc max C noktasındaki titreşimin tepe değeri yarım ise
1
C p Vc2max
2
1
C p Vn2
2
1
L I a2 yazılabilir
2
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -218-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Tek faz için Vc max
Vn2
L 2
I a ifade edilir.
Cp
Vn Faz-nötr geriliminin tepe değeri 3-fazlı devre için Vn
Vc max
Vn
Vn2
L 2
I a yazılır.
Cp
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 I V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
Vn
15000 V
;
3
L 8
8..26H ;
C p 14.75nF ;
değerlerınde açılma olduğunda meydana gelecek gerilim değeri
Vc max
8.5 Vn
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -219-
I a 4.36A
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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
9.14.1. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
-
AG Parafudrları vb kullanılır.
9.14.1.1. 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 9.119
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -221-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I

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.
9.14.1.2. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şebeke ile ilgili veriler ise:
- Um , ekipmana uygulanabilecek en yüksek faz-faz gerilimi
- TOV toprak hatası meydana geldiğinde ortaya çıkan veya
dağıtım şebekesinde yük atmada oluşan geçici aşırı gerilim
Şekil 9.120. Porselen gövdeli çinko oksit parafudrun yapısı
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -225-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 Um gerilimi kullanarak belirlenir.
UC
Ur
Ur
Um
3
125
.
UC
b-Geçici aşırı gerilimleri kullanarak daha hassas metotla, basitlestirilmiş
U
metotta genellikle m den daha küçük olan şebeke ihtiyaçları hesaba
3
katılamaz.
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 Ur 125
.
UC olur.
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -226-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
- Genel durum
Bir parafudrun geçici aşırı gerilimlere dayanım kapasitesi 10
saniye süreli
U10s
gerilime eşit olarak verilir. Bu gerilim
aşağıda verilen ifadeler yardımıyla bulunabilir.
T
10
U10s
TOV
T
:
gerilim süresi
TOV
:
aşırı gerilim süresi
0.02
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 U10s 0.97 TOV
ve
T 2saat
2saat için
U10s 114
1.
TOV ).
Parafudrun nominal gerilimi 10 saniye gerilimlerine eşit veya daha fazla
olarak U r
max U10s seçilir.
Um
olarak alınır.
3
UC
Nominal deşarj akımı I nd
Pratikte,
1 kV
Um
52 kV gerilim aralığı için, I nd nin 5kA ve 10kA
olarak iki değeri vardır..
Bunlardan
I nd
10 kA
yüksek yıldırım yoğunluğu olan alanlarda
kullanılır.
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -227-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.15 Koruma Sistemi Seçim Rehberi
9.15.1. Jeneratör Korumaları
9.15.1.1. Nötrü düşük değerli direnç üzerinden topraklı küçük
makinalar için minimum koruma
Şekil 9.121
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -229-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Ana koruma
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.15.1.2. Nötrü düşük değerli direnç üzerinden topraklı küçük
makinalar için alternatif koruma sistemi
Şekil 9.122
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -231-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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
9.15.1.3. Nötrü düşük/yüksek değerli direnç üzerinden topraklı
küçük makinalar için tavsiye edilen koruma sistemi
Şekil 9.123
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -232-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
87G Faz diferansiyel koruma
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -234-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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
9.16.1. Kabloların Aşırı Yüke Karşı Korunması
IEC 60364-4-43 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Kesiciler ile korumada
Ib
In
I Z ..(1)
I2
1,45.I Z ..( 2)
Burada
1. Ib
Devrenin boyutlandırıldığı akım (kablodan geçen
sürekli yük akımı)
2. IZ Kablonun sürekli akım taşıma kapasitesi
3. In Koruma cihazının nominal akımı, ayarlanabilir koruma
rölelerinde ayarlanan değer yani sürekli çalışma için
ayarlanan değer.
4. I2 Belirlenen sürede koruma cihazının efektif işletmesini
sağlayan akım
Şekil 9.124 Akım sınırları
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -236-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 60947-2 (endüstriyel kullanımlar için kesiciler)
uygun olan kesiciler için I2=1,3.In
IEC 60898 (mesken ve benzeri tesisler için kesiciler) uygun
olan kesiciler için I2=1,45.In 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
IZ
k3
Ib
In
k3
1,31
In
10 A
k3
1,21
10
In
k3
1,10
I
25 A
I2
1,45I Z
25A
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Kablo akım taşıma kapasitesi:
Kesici nominal akımı:
Ayarlanabilir termik röleli
9.16.2. Kısa Devreye Karşı Koruma
Kablolar eğer koruma cihazının üzerinden geçmesine müsaade edilen
özgül enerjisi( I 2 .t ) kablonun dayanım enerjisi ( k 2 .S 2 ) eşit veya bu
değerden az ise kablo kısa devreye karşı korunur.
Tablo 9.11: Faz iletkenleri için k faktörü değerleri
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -239-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Diğer bir deyimle kısa devre koruma şartı
9.11’den bulunur.
I 2 .t
k 2 .S 2 dir. Tablo
Burada
I 2 .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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
İletken sonundaki kısa devre akımının hesabı
Minimum kısa devre hesabı
I k min
0,8.U LL .k sec .k par
(Nötrüne 1-fazlı yükler bağlanamayan sistem 32L
1,5. .
S
hatlı sistem) ve
0,8.U LN .k sec .k par
(Nötrüne 1-fazlı yükler bağlanabilen 4veya 5L
1,5. .(1 m).
S
I k min
hatlı sistemler)
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 200C deki özgül direnci (ohm.mm2/m)
Bakır için 0,018
Aluminyum için 0,027
L
korunan iletkenin uzunluğu (m)
S
korunan iletkenin kesiti
SN nötr iletkeninin kesiti
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -241-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
m
S
SN
Tablo 9.13: k sec 95 mm2 kesitten büyük kesitteki kabloların reaktanslarını göz
önüne almak için kullanılan faktör
Tablo 9.14: k par Paralel iletkenler için düzeltme katsayısı
Hesap yapıldıktan sonra bulunan minimum kısa devre akımı
I k min
1,2.I 3
ifadesi göz önüne alınarak incelenmelidir.
I3 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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
I k min
1,2.I 3
ve
I k min
0,8.U LL .k sec .k par
2L
1,5. .
S
uzunluğu bulmak için
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Tablo 9.15: Maksimum koruma uzunlukları
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -244-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 9.16
230 V 1-fazlı gerilim 400 V nötründen 1-fazlı yüklerin dağıtıldığı sistemin
eşdeğeri olup nötr iletkeninin kesiti faz iletkeninin kesitiyle aynı
olduğunda k v
0,58 alınır.
Nötründen dağıtım yapılan sistem için düzeltme faktörü
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -245-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 L0
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 mm2
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 mm2
Nötr iletken kesiti
150 mm2
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -246-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Tablo 6 dan I3=2000 A eşik değeri 300 mm2 kesit değeri için maksimum
koruam uzunluğu
bulunur.
kd düzeltme faktörü
Elde edilir.
9.16.3 Koruma (PE), Nötr (N) ve Eşpotansiyel Bağlantı
İletkenleri
9.16.3.1. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
yüklerde aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi U 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 L1N
Z1
Z1
Z2
.U L1L 2
2.Tüketici için
U L2N
Z2
Z1
Z2
.U L1L 2
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -248-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Nötr hattındaki gerilim
UN
U L1L 2 U L1N
1
Z1
Z1
Z2
.U L1L 2
.U
Empedanslar yerine bunlara tekabül eden güçleri ifadede yerine koyarsak
ve ifadeyi sadeleştirirsek
Z1
2
U LN
S1
ve Z 2
U LN
S2
2
1. Tüketici için
U L1N
S2
S1
S2
.U L1L 2
2. Tüketici için
U L2N
S1
S1
S2
.U L1L 2
Nötr hattındaki gerilim
UN
U L1L 2 U L1N
1
S2
S1
S2
.U L1L 2
.U
U1 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.
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -249-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
ii. Üç fazın yüklenme durumu
Şekil 9.128 : 3-fazlı yüklenmede nötrün kopması
Süperpozisyon teoremi kullanarak aşağıdaki ifadeyi yazabiliriz.
UN
Z1 .Z 2
Z1 Z 2
U L3
..U
Z1 .Z 2
Z3
Z1 Z 2
Z1 .Z 3
Z1 Z 3
U L2
..U
Z1 .Z 3
Z2
Z1 Z 3
Z 2 .Z 3
Z2 Z3
.U L1
.U
Z 2 .Z 3
Z1
Z2 Z3
Empedanslar güçler cinsinden yazılıp ifade sadeleştirilirse
UN
S2
1
S1
1
S3
S1
1
1
1
..U
U L3
S2
S1
1
S2
S3
1
S1
..U
U L2
S3
S3
1
S2
1
S1
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -250-
S2
.U L1
.U
S3
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Bu durumda tek fazlı yüklerin terminallerine 3-faz üzerinden gerilim
uygulanacaktır
U L3 N
U L3 U N
a
1
2
U L2
a 2 .U L1 ve U L3
j
3
olmak üzere
2
a.U L1 dir.
Örnek
3-faz + N+PE 400V sistemde herbir faza bağlı tek fazlı yükler PL1N=300W ,
PL2N=500W ve PL3N=700W olup yükler rezistif karakterlidir.
1
UN
1
300 500
..U
U L3
1
1
700 300 500
300 700
.U
.U L 2
1
1
500 300 700
UN
0,467.a.U L1 0,332.a 2 .U L1 0,0200 .U L1
U L3 N
aU L3 U N
U L 2 N a 2 .U L1 U N
0,5 j.0,866 U L1
0,5 j.0,866 U L1
1
500 700
.U L1
.U
1
1
300 500 700
0,199 j.0,669 .U L1
0,199 j.0,669 U L1N
0,199 j.0,669 .U L1
0,697.U L1
0,679.230V
0,697.U L
0,301 j.0,197 .U L1
U L3N
0,301 j.1,535 .U L1
U L 2 N 1,56
Buna göre nötr (N) noktasındaki gerilim
UN
UN
156.V
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -251-
0,36
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
L3 hattına bağlı tüketiciye uygulanan gerilim
U L1N
0,360.U L1
0,360.230
83.V
L2 hattına bağlı tüketiciye uygulanan gerilim
U L2N
1,564.U L1
1,564.230
360.V
L1 hattına bağlı tüketiciye uygulanan gerilim
U L1N
1,044.U L1
1,044.230 240.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 9.127’de görülen
şekilde beslenirler .
Bu besleme şeklinde L1 hattındaki 1-fazlı yükler
U L1N
S3
S1
S3
700
.400
300 700
.U L1L 2
280.V
ve L3 hattına bağlı 1-fazlı yükler
U L3 N
S1
S1
S3
300
.400 120.V
300 700
.U L1L 2
gerilim
altında
kalacaktır.
Nötrde ise
UN
U L1L 3 U L1N
1
S3
S1
S3
.U
.U L1L 2
1
700
.400
.400 120.V
300 700
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -252-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.16.4. Parafudrların Alçak Gerilim Tesislerinde
Yerleştirilmesi
TT Sistemler
Şekil 9.129.
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.130 4-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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 9.131. Koruma ekipmanı olmayan cihaza transiyen gerilimlerin ulaşması
Gerilim darbelerine karşı koruma cihazları transiyent gerilimlerini
sınırlandırarak darbe akımlarını toprağa yönlendirir. Şekil 2.
Şekil 9.132. Aşırı gerilime karşı koruma cihazının cihazı koruması
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -258-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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.
9.17.1. Aşırı Gerilim Koruma Cihazları
9.17.1.1. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.135 . Yıldırım çubuğu üzerine doğrudan yıldırım isabeti
Şekil 9.136: Hava hattı üzerine yapıya yakın doğrudan yıldırım isabeti.
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -262-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.137: Hava hattı üzerine yapıya uzak doğrudan yıldırım isabeti.
Şekil 9.138: Toprağa dolaylı yıldırım isabeti
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -263-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.139:Yapı yakınlarında bir cisim üzerinden dolaylı yıldırım isabeti
9.17.1.2.Yıldırıma ve Aşırı Gerilimlere Karşı Koruma Sistemleri
Semboller
Tablo 9.16 Yıldırıma karşı koruma sisteminin tasarımında kullanılan şekiller ve
semboller. (DIN V VDE V 0185-3 (VDE V 0185 3.bölüm: 2002-11 ve DIN EN 60617:
1997-08 e göre)
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -264-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -265-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Tasarımda kullanılacak standartlar ve düzenlemeler
Kullanılacak standartlar ve düzenlemeler tablo 9.17’de verilmiştir.
Tablo 9.17. Yıldırımdan koruma sistemleri için standartlar ve düzenlemeler.
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -266-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.17.2. 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 9.140. Negatif ve pozitif aşağı doğru buluttan toprağa çakan yıldırımın
mekanizması
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -267-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 9.141. Negatif ve pozitif aşağıdan yukarı yerden buluta doğru çakan
yıldırımlar
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -268-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.142. 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 Qshort ve uzun etki şarjı Qlong’dan meydana gelen
Qflash yıldırım akımı şarjı,
Yıldırım akımının W/R spesifik enerjisi,
Yıldırım akımının di/dt dikliği veya cephe süresidir.
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -269-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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. 9.143 Homojen toprağa yıldırım düşmesinde potansiyel dağılımı
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -270-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 9.144 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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. 9.145 Toprak bağlantı sisteminde potansiyel yükselmesinin elektrik tesis
üzerindeki etkisi
Şekil.9.145’de görüldüğü gibi, AG besleme şebekesinin işletme toprağı,
yıldırım akımının neden olduğu potansiyel gradiyen alanının dışında yer
almıştır. Binaya yıldırım düştüğünde RB işletme topraklamasının
potansiyeli, bina içindeki tüketici sisteminin topraklama potansiyeli ile
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -272-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 9.146’da yıldırım akımlarının
indüklediği iletkenlerin gözlerin muhtemel şekillerini göstermektedir. Kare
dalga olarak indüklenen U gerilimin t zaman aralığı süresindeki değeri,
U
M.
i
t
M karşılıklı indüktans ve
i
t yıldırım akımının dikliği
veya cephesi
Şekil 9.146.
Yıldırım akımının
i
t akım cephesi tarafından gözlerde
indüklenen kare dalga gerilimler.
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -273-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
.
Şekil 9.147. Kare gözlerde indüklenen kare dalga gerilimlerin hesabı için örnek
9.17.3. Yıldırım Akımının Şarjı
Qflash yıldırım akımı şarjı, Qshor kısa vuruş şarjı ve Qlong uzun vuruş şarjından
meydana gelir. Şarj
Q
i.dt ifadesi ile belirlenir.
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -274-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 UA, K bağlı olarak (şekil 9.148)
ifade edilir. UA,K nın değeri, 10V civarındadır ve akımın şekline ve
yüksekliğine bağlıdır.
Şekil 9.148: Yıldırım akımı tarafından oluşturulan çarpma noktasında enerji
dönüşümü
W
Q
Q.U A, K yazılır
: Yıldırım akımı şarjı
UA,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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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
ı 2 .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 9.149. Yıldırım akımının spesifik enerjisi tarafından meydana getirilen ısınma
ve kuvvet etkileri
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -276-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Bu spesifik enerji
W
R. ı 2 .dt
R.
W
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 9.150’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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.150. Paralel iletkenler arasındaki elektrodinamik etkiler.
Elektro dinamik kuvvetler
0
Ft
2.
.i 2 t .
L
ifadesiyle belirlenir.
d
Burada
i , iletkenler üzerinden akan akım
0
4. .10 7 H / m havanın manyetik sabiti
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.17.4. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.18. Yıldırımdan Koruma Sisteminin Tasarımı
Yıldırımdan koruma tesisi yapılması gereken yapılar ve tesisler.
1. 100’den fazla ziyaretçinin olacağı açık veya kapalı toplantı yerleri
ve bunların yanlarındaki odalar ve kapalı alanlar, sinema ve film
gösteri yerleri.
2. 200’den fazla insanın ikamet edeceği yerler, okullar, müzeler,
teknik araştırma binaları, teknik tesisler ve bunlara ait kaçış
yolları.
3. 2000 m2’den büyük pazar yerleri.
4. Birbirine doğrudan veya ara geçişlerle bağlı 2000m2’den küçük
olmayan birçok satış bölümlerinden oluşan alış veriş merkezleri.
5. 2000 m2’den büyük fuar alanları ve teşhir salonları.
6. 400 kişiden fazla restoranlar ve 60 yatak kapasiteden
oteller.
fazla
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
12. Petrol pompa istasyonları, vana istasyonları ve depolama, dolum
ve yükleme tesisleri.
13. Demir yolu garları ve istasyonlar ile
14. Okullar, barakalar.
9.18.1.Hasar Riskinin Tayini ve Koruma Elemanlarının
Seçimi
9.18.1.1.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.
9.18.1.2. Risk tayinin esasları
DIN VDE 0185-2 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
δ Hasarın miktar olarak değerlendirilmesi için hasar faktörüdür.
Yıldırım düşme sıklığı
Bina veya yapı için yıldırım düşme sıklığı arasında bağlantı kurulabilir.
ND Yapıya veya binaya doğrudan yıldırım düşme sıklığını;
NM Elektromanyetik etkili yakın yer yıldırım düşme sıklığını;
NL Bina ve yapı içine giren kullanım hatlarında doğrudan yıldırım d
üşme sıklığını;
NI Yapı veya binaya giren kullanım hatlarına komşu hatlara yıldırım
düşme sıklığı olmak üzere
ND bina veya yapıya doğrudan yıldırım düşme sıklığı:
ND
N g . Ad .Cd ifadesi ile belirlenir.
Bu ifadede
N g , yılda km2 başına yıldırım yoğunluğu (ilgili bölge için meteoroloji
müdürlüklerinden alınacak, bulunamadığı takdirde 3,75 ile 4,50 arasında
alınabilir.)
Ad , izole yapı veya binanın eşdeğer toplama alanı
Şekil 9.151. Tek başına bir binanın doğrudan yıldırım düşmesi için
eşdeğer toplama alanı
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -282-
Ad binanın
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Burada H: bina veya yapının yüksekliği, W: yapı veya binanın genişliği, L:
yapı veya binanın uzunluğudur.
Tablo 9.20. Cd çevre faktörü
NM elektromanyetik etkili yakın yer yıldırım düşme sıklığı ise genellikle
aşağıdaki bağlantıdan hesap edilir.
N M . Am
Am, bina veya yapı etrafında 500m mesafede çekilen bir hatta yakalama
alanı (şekil 9.152)
Şekil 9.152.Yapıya yakın dolaylı yıldırım etkisi için eşdeğer yakalama Am, Al, Ai
alanları
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -283-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Am
: alanı üzerinde yıldırım düşmesi, bina veya yapı içindeki tesis
gözlerinde sadece manyetik olarak indüklenen darbelere yol
açar.
HC : metre olarak hattın toprak seviyesinden yüksekliğidir.
ρ
: ohm.metre olarak toprak özgül direnci (ρ = 500 Ωm; özgül
direnç değerine kadar),
LC
: hattın metre olarak uzunluğu (yapı veya binanın ilk bağlantı
kutusundan veya ilk darbe koruma cihazından maksimum
1000 metreye kadar olan uzaklık),
H
: bina veya yapının metre olarak yüksekliği,
Ha : Aynı hat üzerinden bağlı komşu bina veya yapının yüksekliği,
NL
: bina ve yapı içine giren kullanım hatlarında doğrudan yıldırım
düşme sıklığı ;
Aşağıda verilen ifade yardımıyla hesaplanır.
NL
N g . Ai .C S
Aa .Cd .Ci
Al alanı (şekil 152) hattın tipinin bir fonksiyonudur (hava hattı, yer altı
kablo hattı), LC hat uzunluğunun ve kablo hattı durumunda; ρ toprak
özgül direncinin bir fonksiyonu, hava hattı için, hattın topraktan HC
yüksekliğinin bir fonksiyonudur.
Tablo 9.21. Eşdeğer yakalama alanı A1 ve Aİ alanları
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -284-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Eğer hattın uzunluğu bilinmiyorsa, en kötü durum olarak LC=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. NL sıklığı her bir kullanım yerine giren hat için teker
teker belirlenmelidir.
Şekil 9.153:
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -285-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 9.154 Yıldırımdan koruma sisteminin elemanları
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -286-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 9.155. Yıldırımdan koruma sistemi
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -287-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 .
9.19.1. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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
9.19.1.1. 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 9.156. Düşme noktasının açıklanması
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -289-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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
R 10.I 0,65 bağlantısı vardır.
Burada R (metre) ve I kA birimleri ile verilir.
DIN VDE 0185-1’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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 (Ei)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)
Şekil9.157. Göz önüne alınan yapı yüzeyi ile bir binada döner küre metodunun
şematik uygulaması
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -291-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 9.158. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.159. 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 9.160.
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -293-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Tablo 9.23. İki adet yakalama çubuğu veya iki yakalama iletkeni üzerindeki döner
küre sehimi
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -294-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.160. döner küre metoduna göre birkaç yakalama çubuğu
yüksekliğinin hesabı
için
h
9.19.1.2. 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 9.24. Göz boyutları
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -295-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 9.161. Gözlü yıldırım yakalama sistemi
Yapının kenarlarındaki yıldırım yakalama sistemi iletkenleri mümkün
olduğu kadar kenarlara döşenmelidir.
9.19.1.3. Koruma Açısı Metodu
Koruma açısı metodu elektrik-geometrik yıldırım modelinden türetilmiştir.
Koruma açısı döner kürenin yarı çapı tarafından belirlenir. Bkz Şekil 9.162.
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -296-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.162. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.163. Yıldırımdan koruma sistemine bağlı olarak h yüksekliği fonksiyonuna
koruma açısı
göre
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 9.164 ve şekil 9.165) .
Şekil9.164. Koni şeklinde koruma bölgesi
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -298-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.165. 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 9.166’da
koruma açısı α1için çatı yüzeyi referans düzlemidir.
Şekil 9.166. Harici yıldırımdan koruma sistemi . düşey yıldırım yakalama çubuğu
tarafından korunan hacım .
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -299-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
α2. için toprak referans düzlemidir. Bundan dolayı Şekil 9.166 ve Tablo
9.25’e göre α1 den küçüktür.
Şekil 9.167 . α koruma açılı yıldırım yakalama sistemi için örnekler
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -300-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Tablo 9.25 koruma bölgesinin uzaklıklarına uygun olarak ve yıldırımdan
koruma sisteminin herbir tipi için koruma açılarını vermektedir.
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -301-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Tablo 9.25. Koruma sistemlerinin tiplerine bağlı olarak α koruma açısı
9.19.1.4. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.169’da görülen yıldırım yakalama çubukları, daha küçük elektrik
ekipmanına sahip yapılar için uygundur.
Şekil 9.168. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.169.
Yatay yakalama iletkeni üzerinden bağlı iki ayrı yakalama
direğinden oluşan izole harıcı yıldırımdan koruma sistemi
9.19.3. I max veya I imp Maksimum Akımları
Şekil 9.170: Yıldırım dalga şekilleri
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -304-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 61643-1 § 7.6.5 e göre :
Tip 1 (sınıf B) imalatlar, 10/350 akımın (0.1 Iimp, 0.25 Iimp, 0.5 Iimp, 0.75 Iimp,
Iimp) 5 artan şoklarına dayanıklı olacaklardır.
Tip 2 (sınıf C) imalatlar 8/20 akımın (0.1 Imax, 0.25 Imax, 0.5 Imax, 0.75 Imax,
Imax) 5 artan şoklarına dayanıklı olacaklardır.
Imax veya Iimp değerleri muhtemel yıldırım akımlarının beklenen değerlerine
uyarlanmış olması gerekir.
9.19.4. 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: UP gerilim koruma seviyesinin gösterimi
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -305-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Nominal deşarj akımı In
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 61643-1 § 7.6.4. 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 UT
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.
9.19.5. Akım Kapasitesinin Belirlenmesi
Risk analizi, akım ve enerji yayılım kapasitenin belirlenmesi ile yapılacaktır.
Bu analiz üç grup parametreye dayanarak yapılacaktır :
Çevre parametreleri: Yılda birim km2’ye düşen yıldırım sayısı
tarafından ifade edilen i yildırım düşme sıklığı. Bkz. Şekil 9.172.
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 Iimp akımının seçimi
IEC 61-024-1-1 Annex A, Yıldırım akımı parametrelerinin temel değerleri
yayınına göre yıldırım akımlarının %95’i 100 kA değerinin altında meydana
gelir. IEC 61 643-12 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 9.173 : 15 kA Tip1 (sınıf B ) koruma cihazı
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -308-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.19.6. (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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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.
9.20.1. Aşırı Gerilimlere Karşı Koruma Cihazlarının
Seçimi ve Tesis Edilmesi
9.20.1.1. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.175 . 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Tablo 9.26. Darbe koruma cihazlarının standartlara göre sınıflandırılması
9.20.2. SPD’lerin Teknik Karakteristikleri
9.20.2.1. Maksimum sürekli gerilim UC
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. UC‘nin değeri korunacak sistemin nominal
gerilimine ve IEC 60364-5-534 de ön görülen şartlara göre seçilir.
9.20.2.2. Darbe akımı Iimp
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.20.2.3. 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.
9.20.2.4. 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 60664 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 60364-4-534 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.20.2.5. 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.
9.20.2.6. UC geriliminde Akan akımı söndürme kapasitesi Ifi
UC gerilimi uygulandığında otomatik olarak söndürülebilen akımın rms
değeridir. Bu akım sevreden akakabilecek maksimum kısa devre akımına
göre veya artcı sigortanın değerlerine göre belirlenir. IEC 60364-5-534 ve
EN 61643-11 (VDE 0675 Part 6-11)’e göre nötr iletkenler ve PE iletkenler
arasına bağlanan SPD’ler çalıştığında akım söndürme kapasitesi Ifi≥
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.
9.20.3. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.20.4. 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 U0 faz-toprak nominal gerilimi olmak üzere UTOV = 1.45 x U0, dır.
TOV gerilimleri, faz–toprak hatalarında ortaya çıkar, TT sistemlerde bu
gerilim N-PE arasında 200 ms için UTOV = 1200V olarak göz önüne
alınmalıdır.
9.20.5. 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
Aşırı akım koruma cihazları,
Rezidüel akım koruma cihazları,
İzolasyon izleme cihazları,
Hata gerilim işletmeli koruma cihazları (özel durumlarda)
kullanılmaktadır.
Bu cihazlar
TN sistemlerde
Aşırı akım koruma cihazları ,
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -315-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Rezidüel akım koruma cihazları olarak
TT sistemlerde
Aşırı akım koruma cihazları ,
Rezidüel akım koruma cihazları
Hata gerilim işletmeli koruma cihazları (özel durumlarda) olarak
IT sistemlerde
Aşırı akım koruma cihazları
Rezidüel akım koruma cihazları
İzolasyon izleme cihazları kullanılır.
9.20.5.1. 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 9.176. SPD cihazlarının TN-C sistemlerde tesis edilmesi
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -316-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.177. TN-S sistemlerde SPD cihazlarının 4+0 şeklinde tertiplenmesi
Şekil 9.178. TN-S sistemlerde SPD cihazlarının 3+1 şeklinde tertiplenmesi
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -317-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.179 . 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.180. TN-S sistemlerde SPD cihazlarının tertiplenmesi
9.20.5.2. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.181 230/400 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 9.182. TT sistemlerde SPD’lerin tertiplenme şekilleri
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -320-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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.
9.20.5.3. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.183. Nötr iletkensiz IT sisteminde SPD’lerin 3+0 şeklinde tertiplenmesi
Şekil 9.184. Nötr iletkene sahip 1-fazlı yüklerin bağlanabildiği IT sistemde SPD
lerin 4+0 şeklinde tertiplenmesi
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -322-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.185 . Nötr iletkenli IT sistemde SPD’lerin düzenlenmesi
Şekil 9.186. Nötr iletkensiz IT sistemde SPD lerin düzenlenmesi .
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -323-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Dolaylı temaslara karşı koruma için koruma cihazları ile bağlanan IT
sistemlerde Tip 1 ve 2 SPD’lerin RCD’lerin giriş tarafında olmasına dikkat
edilmelidir.
9.20.6. SPD’lerin bağlantı hatlarının uzunluğu
Darbe koruyucu cihazların bağlantı hatlarının uzunluğu IEC 60364-5-534
tesis yönergesinde belirlenmiştir. Aşağıdaki görüşler sık sık ortay çıkan
teknik uzman kuruluşların belirlediği ortak problemlerdir.
9.20.6.1. IEC 60364-5-534 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 60364-5-534 tarafından şekil 9.187’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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Şekil 9.187 . Seri bağlantıda koruma cihazının bağlanması
9.20.6.2. IEC 60364-5-534 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 9.188’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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
maksimum izin verilen değerini aşarsa koruma cihazı için artçı koruma
sigortası tesis edilmelidir
Şekil 9.188. İki iletken terminal (TCT) prensibinin tek kutuplu unite için
açıklanması
Şekil 9.189. Kablo branşmanları üzerinde darbe koruma cihazlarının bağlantısı
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -326-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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.
U dyn
ıı..R
dı
d
.L bağlantısı hesaba katılarak Udyn dinamik gerilim
.L
dt
değeri endüktif bileşen tarafından belirlenir. Dinamik gerilim düşümünü
düşük tutabilmek için bağlantı kablosunun mümkün olduğunca kısa olması
gerekir. Bu nedenle IEC 60364 -5-534 branşman devrelerinde darbe
koruma cihazlarının toplam bağlantı kablo uzunluğunuın 0,5 metreden
daha uzun olmaması tavsiye edilir. Bağlantı tarzları şekil 9.190’da
verilmektedir.
Şekil 9.190. Branşman devrelerinde tavsiye edilen maksimum kablo uzunlukları
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -327-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.20.6.3. Toprak tarafında bağlantı hatlarının tasarımı
Bu görünüşte gerçekleştirilmesi zor gibi görünen gereklilik ve şekil 9. 191 a
ve b de verilen örnekte açıklanacaktır.
9.191. Tavsiye edilen maksimum kablo uzunlukları göz önüne alınarak
gerçekleştirilen Darbe koruma cihazlarının SPD bağlantıları
Şekil 9.191.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 9.191.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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.20.6.4. 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 9.192’de görüldüğü gibi ayrıca tüketici baralarıda darbe koruma
cihazları ile mutlaka donatılmalıdır
Şekil 9.192. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
9.20.6.5. 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 9.193.a’da verilen tek çıkışlı veya b’de verilen iki çıkışlı
koruma devresi tipleri
Şekil 9.193. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 2. S 2
I 2 .t
Bu ifadede
k Materyal sabiti A.s/mm2 Tablo 9.27
S Bağlanti iletkeninin kesiti mm2
I Kısa devre akımı Amper
t Kısa devre meydana geldiğinde izin verilen ayırma süresi
Tablo 9.27. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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 39.28’de yıldırım akımının nominal değerinin
fonksiyonu olarak sigortaların performansları açıklanmaktadır.
Tablo 9.28. NH sigortaların performansları
9.20.6.6. 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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
Zones] prensipleri esas alınarak belirlenir. Binalar ve yapılardaki
sistemlerin korunması Şekil 9.194’de görüldüğü şekilde koruma
bölgelerine ayrılarak planlanır
Şekil 9.194. Yıldırım koruma bölgeleri
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -333-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
SON SÖZ
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-
ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I
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-
E
L
E
KT
Rİ
KKUVVE
T
L
İAKI
M(
9)
Kor
umaKont
r
ol
veİ
z
l
eme1
T
URGUTODABAŞI
E
MO Yönet
i
m Kur
ul
u42.Dönem‘
de(
Kas
ı
m 2010)bi
ryayı
npor
t
al
ı
ol
uş
t
ur
du.
Buyayı
npor
t
al
ı
üz
er
i
nde,
dahaöncedes
ür
dür
mekt
eol
duğumuz
,
eki
t
ap
bas
ı
l
ıder
gi
l
er
i
mi
z
i
nİ
nt
er
nets
ür
üml
er
i
,bas
ı
l
ı
ki
t
apl
ar
ı
mı
z
ı
nt
anı
t
ı
ml
ar
ı
ve
çevr
i
mi
çi
s
at
ı
nal
maol
anakl
ar
ı
i
l
e doğr
udanİ
nt
er
netüz
er
i
ndenbi
l
gi
s
ayar
ı
nı
z
a
i
ndi
r
ebi
l
eceği
ni
zeki
t
apl
ar
ı
çokdüş
ükbedel
l
er
l
e edi
nebi
l
me
ol
anağı
nas
ahi
pol
acaks
ı
nı
z
.
İ
nt
er
nets
i
t
emi
züz
er
i
ndeneki
t
apdağı
t
ı
m hi
z
met
i
ni
,yakı
ndahi
z
met
e
gi
r
ecekol
anE
MO Yayı
nPor
t
al
ı
‘
nı
nöncül
üol
an,s
i
t
emi
z
i
nyayı
n
böl
ümündeyeral
aneki
t
apl
ar
l
auz
uncabi
rs
ür
edi
rver
i
yor
duk.
Yayı
nl
ar
ı
mı
z
ı
i
z
l
eyenl
erhat
ı
r
l
ayacakt
ı
r
,i
l
keki
t
abı
mı
z
,E
MO üyes
i
Ar
i
fKünar
‘
ı
n"
NedenNükl
eerS
ant
r
al
l
er
eHayı
r
"ki
t
abı
nı
n
PDFbas
kı
s
ı
ydı
.Hükümet
i
nAkkuyu‘
danükl
eers
ant
r
al
kur
mai
nadı
maal
es
efhal
akı
r
ı
l
amadı
.Dör
tyı
l
öncebas
t
ı
ğı
mı
zbuki
t
aphal
a
güncel
!
.
.
.
.
E
MO‘
nunİ
nt
er
nets
i
t
es
i
üz
er
i
ndenhi
z
met
egi
r
enbuyeni
s
i
t
emi
z
deyeni
eki
t
apl
ar
l
ahi
z
met
eaçı
l
dı
.S
i
z
l
er
devar
s
ayayı
nl
amak
i
s
t
edi
ği
ni
zki
t
apl
ar
ı
nı
z
ı
,not
l
ar
ı
nı
z
ı
bi
z
ei
l
et
ebi
l
i
r
s
i
ni
z
.Buyayı
nl
aryayı
n
koms
i
yonumuz
un değer
l
endi
r
mes
i
ndens
onr
auygunbul
unur
s
a
yayı
nl
anacakvees
ers
ahi
bi
neE
MO ücr
ett
ar
i
f
es
i
negör
eücr
etödenecekt
i
r
.
E
Ki
t
apl
art
ar
af
ı
mı
z
danyayı
nl
andı
kçaüyel
er
i
mi
z
eayr
ı
caepos
t
a
i
l
ei
l
et
i
l
ecekt
i
r
.
S
aygı
l
ar
ı
mı
z
l
a
E
l
ekt
r
i
kMühendi
s
l
er
i
Odas
ı
42.Dönem Yönet
i
m Kur
ul
u
EMO YAYI
NNO:
EK/
2011/
11
T
MMOBEl
ekt
r
i
kMühendi
s
l
er
i
Odas
ı
I
hl
amurS
ok
akNo:
10Kat
:
2Kı
z
ı
l
ay/
Ank
ar
a
T
el
:(
312)4253272F
ak
s
:(
312)4173818
ht
t
p:
www.
emo.
or
g.
t
rEPos
t
a:emo@emo.
or
g.
t
r