ORTA GERİLİMDE YILDIZ-ÜÇGEN BAĞLI TOPRAKLAMA TRAFOSUNUN KULLANILMA YERİ VE PARAMETRELERİNİN HESABI

Deniz KÜLTÜR Elk. Y .Mûh. TEK İzmir Röle ölçü Aletleri Müdürlüğü

GİRİŞ:

Üçgen v«ya yıldız noktası yalıtılmış trafo sargılarından beslenen baralara bağlı liderlerde meydana gelen faz toprak arızaları neticesinde:

a) Arızanın hangi fiderden geldiğini tespit etmek, «derlerdeki toprak röleleriyle mümkün değildir. Seçiciliği minimum düzeyde sağlamak, b) Y alıtılmış sistemlerin elektriksel yapısı olarak meydana gelen ve teçhizata zarar verebilecek seviye deki geçici aşın gerilimleri bastırarak zararsız seviyelere indirmek (Faz nötr geriliminin % 250 civarında) amacıyla kullanılan primer sargıları yıldız bağlı ve doğrudan to praklı (üç adet tek veya üç fazlı), sekonder sargısı ise bir dirençle kapatılan açık üçgen sargılı ve topraklama trafo su olarak tanımlanan teçhizatın bağlantası (Şekil 1) de gösterilmiştir.

Ce,

a tH

Fldar I

H'

r

V V ir

Fldar II

7? •

Topraklım trafosu

Şekil 1

1 TRAFO PARAMETRELERİNİN HESAP VE SEÇİMİ

1.1) (Şekil 1) gösterilen yalıtılmış bir sistemin her ünitesinin faz başına toprağa göre olan kapasiteleri gözönOne alınarak faz başına olan toplam kapasite C o C o + C o + C + .... dır. Sistemin toplam kapasitif şarj

akımı;

VW

İm

A/fazdır, y ^

10» ohm/taz

mevcut izole sistemi doğrudan topraklı bir sisteme yaklaştırabilmek gerekir. (Şekil 1 )'de baraya bağlanan yıldız üçgen sargılı topraklama trafosunun sekonder açık üçgen sargı uçları arasına bağlanan bir direnç, zararlı aşırı geçici gerilimleri önler.

fi

B

)t«3Ico

Şekil 2 (Şekil 2) de A fazı ile toprak arızasında geçici toplan kapasitif arıza akımı; (3 I«, ) değerindedir. Topraklama trafosu konulunca toplam arıza akımı: IOQ 3 (( + R O J t o )

dır. I R O : topraklama trafosunun yıldız primer sargılarından geçen rezistif arıza akımı bileşenidir. I I R O I > | l c o i yapılabildiği takdir.de, zararlı aşırı geçici gerilimler önlenebilecektir. Sistemin eşdeğeri (Şekil 3a) da gösterilmiştir. Arıza yerinden bakıldığında, topraklama trafosunun eşdeğeri, (Şekil 3a) da gösterildiği gibi^ toplam arıza akımına rezistif bir yol sağlar. Kaynak yalıtılmış olduğu için sistemde yıldız noktası kayar. Topraklama trafosunun yıldız sargı nötrü doğrudan topraklı olduğundan, sağlam fazlara (Şekil 3c) faz arası gerilimleri gelecektir. Trafonun açık üçgen sargı uçlarındaki (R) direncine (Şekil 3d) uygulanacak

30° Ur.z 3 VRO 1.73 x olacaktır.

(W 314C05iF/Faz) VFN: Faz nötr gerilimidir. Sistemde oluşacak faz toprak arızalarında, teçhizata zarar verecek geçici aşırı gerilimleri bastırabilmek için

fh.

(V) Topraklama trafosu

Princrlnde

Topraklama trafosu sfkOMcrloo*

Şekil 3

Topraklama trafosunun (yıldız üçgen) sargıları

Vp/1,73

arasındaki çevirme oranı; N=

dir. Sekonder

Vs

sargıdaki (R) direncinin primer taraftaki eşdeğeri; Rpri=R

x N 2 olup, yalıtılmış bara fiktif olarak Rprj değerine

tekabül eden bir direnç tarafından topraklanmış gibi

olmaktadır. Faz toprak arızaları sırasında teçhizata

zarar verecek boyuttaki geçici aşırı gerilimlerin

azaltılması için; I X c o l > I Rprj| kriteri sağlanmalıdır.

(Dolayısıyla da IIRCJ >l l c o l yapılmaktadır.)

1.2) (R) Direncinin Hesabı

Yalıtılmış, sistemdeki faz toprak arızalarında; toplam arıza akımının ( 3 I R O ) rezistif bileşeni (Şekil 4'de) gösterildiği gibi topraklama trafosunun herbir ünitesinden geçer. Arıza anında; U r e z » 3 V R O dengesiz gerilimden I'RO dengesiz akımı geçecektir. Seçilecek

Ro 3V'RO

direnç; R

'dan elde edilir. Direnç vvatlı

I'RO

gücünün tesbitinde ise, dağılması gereken ısı enerjisi

kriterinden gidilerek

(1'RO)zxR

1000 seçilir.

kW olup bunun bir üst nominal değeri

Ct (O O 03ı

03,

oaT

Primer

Sekonder

Şekil 4

1.3) Topraklama Trafosu Gücünün Hesabı a) Tek Fazlı Ünite; Arıza anında sistemin nötr noktasının kayması nedeniyle üniteye fazarası gerilimi geleceğinden herbir ünitenin gücü; Nt1(KVA)/Faz Vp (Fazarası kV) x IRO(A) dir.

b ) Ü ç Fazlı Tek Ünite; Üç fazlı tekünite olması halinde toplam güç NO(KVA) 3 x Nt1(KVA) olmalıdır. Bulunan değerlere en yakın olan bir üst nominal kademe seçilmelidir.

c)Kısa Süreli Çalışma Halleri; Seçilen bu güç değerleri, arızaların sinyalle algılandığı ve açma yapılma yan devamlı çalışma hali içindir. Uygulamada bu tip arızalar geçici sürelerle de kesicilerin elle açılmasıyla giderilebilir. Bu gibi işletme şartlarında seçilen güç değerleri tabloda verilen katsayılarla daha küçültülebilir.

Örneğin; üç adet tek fazlı üniteden oluşan bir topraklama trafosunun bağlı olduğu sistemdeki faz toprak arı zalarının 2 dakikada ayrılması isteniyorsa; N(KVA) 0,080 x Nt1(KVA) seçilmelidir. Bu değerler çok genel olup, özel hallerde trafo yapımcısı tarafından verilebilir.

Tablo

Süre Dakika

Yıldız Üçgen

(K) Üç Fazlı Ünjte

0,170

0,240

0,295

0,340

0,380

(K) Tek Fazlı Ünite

0,057 .

0,080

0,098

0,113

0.127

2 TOPRAKLAMA TRAFOSUNUN KORUMA VE SİNY AL SİSTEMLERİ a) Gerilim Sinyali:

Faz toprak arızalarında üçgen sargı uçlarında meydana gelen Urez dengesiz gerilimi uçlarına bağlanan röle, bir (t) zamanı sonunda sinyal verir veya açtırma yaptırabilir. Daha çok dış arızalarla ilgilidir.

b) Aşırı Akım Koruma:

Topraklama trafosu içinde meydana gelebilecek fazarası arızalarda, trafoyu korumak için (Şekil 5)'deki gibi bağlantı yapılmalıdır. Sistemdeki faz toprak arızalarında, trafo yıldız sargılarından geçecek olan ayni fazdaki I R O akımlarının röleyi çalıştırmaması için, akım trafolarının sekonder sargıları üçgen bağlanmış olup, sekonderdeki

Şekil 5

l0 akımları rölelere giremezler. Aşırı akım rölelerinin akım tepi ayarları; topraklama trafosunun devamlı çalışma durumundaki nominal akımının % 25 ile % 50'si arasında, kullanılan akım trafolarının primer nominal akımları da, trafonun nominal akım değeri civarında olmalıdır (Sistemdeki kısa devreye göre de termik dayanım yönünden kontrol edilmelidir).

c) Buholz Koruması

Trafo içinde meydana gelecek ve küçük akımların akmasına neden olan arızalara karşı emniyet sağlamak amacıyla buholz ünitesi de kullanılabilir.

3 UYGULAMA HESAP ÖRNEĞİ

Bornova T.M.de mevcut olan iki adet üç sargılı trafodan 10,5 kV trafo 1'den beslenen durum, (Şekil 6)'da gösterilmiştir. İşletmedeki neticelere göre; fiderlerden gelen faz toprak arızalarında genellikle iki, bazen de üç fider birlikte toprak korumadan açmaktadır. En büyük

fiderin toprak rölesinin ayarı l p » 0 , 5 3 x

A'dir. Kapasitif toplam arıza akımı olarak 3 I C O = 106 A

Trafo I 8D/63/25 MVA

I fc'e

Topraklama trafos•u

10,5 kV Cl)

•0

m

in

o

CT

II

İl

l c o = 35 A kabul edilsin. 10500/240 voltluk topraklama trafosunun baraya bağlanacağı gözönüne alınarak;

3.1) (R) Direncinin Değeri

10,5 kV Baradaki faz toprak arazısında; topraklama

trafosunun primer yıldız sargısından geçecek rezistif

akımın minimum değeri; I R O > l c o 35A alınırsa; I R O >

10500

3A. olmalıdır. Çevirme oranı;

43,75'dir. Trafo

nun sekonder açık üçgen sargı uçlarında rezidüel gerilim

değeri; Ure2 1,73 x 240 • 415 volttur. Açık üçgen sargı uçlarına bağlanması gerekli direnç değeri R • 415 dür.

Geçen akım ise I'RO « 35 x 43,75 « 1530 A.dir. Direncin

değeri; R

415 0,27 ohm. çıkar. Sistem 10,5 kV 1350

primerde Rpri 0,27 x ( 1 0 5 0 0 M | 7 3 )2 172,6 ohm

fiktif olarak topraklı gibidir. Sistemdeki eşdeğer

*<» 1 1 ° 5 0 ' L 173.4 ohm. çıkar |R,J < |XcO|

1 ' o X öo kriteri sağlandığında seçilen değer uygundur. İsınmaya göre, bağlanan direncin gücü;

(1530)2x0,27

R"

değeri alınmalıdır.

> 632 kW bunun bir üst nominal

3.2) Trafo Gücünün Seçimi a) Üç adet tek ünite kullanılırsa; devamlı çalışma durumunda, N1 10,5 x 35 367 KVA bir üst nominal değer seçilir. Arızalı kısmın 5 dakika içinde sistemin ayrılması halinde tabloya göre;

K 0,127olup, N, 367x0,127 « 4 7 KVA seçilebilir.

b) üç fazlı tek ünite kullanılıp, yine 5 dakika içinde arızalı kısmın ayrılması istenirse;

K 0,38 N3 3 x 10,5 x 0,38 419 KVA bunun bir üst nominal değeri seçilmelidir.

4.

o.

o 03

KAY NAKLAR (1) VVestinghouse Instuction Book (System Neutral Grounding and ground Fault Protection guide 1986 S: 5V8) (2) VVestinghouse (Transmission and Distribution Referenco

Book S: 120V121 S:662V663) (3) General Electric (The Art and Science of Protective

Relaying 1956 S: 268V269). C. Rusell Mosan

44i