AKIM ÖLÇÜM TRANSFORMATÖRLERİ KORUMA DEVRELERİ İÇİN TİPİK BAĞLANTI

AKIM ÖLÇÜ TRANSFORMATÖRLERİ KORUMA DEVRELERİ İÇİN TİPİK BAĞLANTILAR

Derleyen : Ümit Y AK I N Elektrik yüksek Mühendisi Etibank Bandırma Boraks ve Asit Fabrikaları Müessesesi

1 GİRİŞ

Enerji üretim ve dağıtım tesislerinde ölçü aletleri ve röleler yüksek gerilim hatlarına, ya da büyük akımlı devrelere doğrudan bağlanamazlar. Çünkü bunların büyük akım ve/veya yüksek gerilimler için yapımı hem zor, hem de işletmede bakım ve kontrolları tehli kelidir. Bu nedenden ölçülerin ve korumaların akım ve gerilim transformatörleri üzerinden yapılması gerekir. Bu amaçla kullanılan ölçü transformatörleri aracılığı ile hat akım ve gerilimi alet ve aygıtlarda kullanılabi len ölçülebilecek küçük değerlere düşürülür. ölçü transformatörleri ile ölçme ve korumalar alçak geri limli devre ile yapıldığından, ayrıca bunların ikincil (sekonder) sargılan topraklandığından bakım ve işlet me'tehlikesiz bir durumda yapılabilir.

2 AKIM TRANSFORMATÖRLERİ HATALARI

Bir akım transformatörünün şematik çizimi eşdeğer devresi ve fazor çizimi şekil 1 de verilmiştir. Magnetik bir devreden oluşan akım tr. da, toplam magnetomo tor kuvvet; birincil (primer) ve ikincil sargıların oluş turduğu magnetomotor kuvvetlerin fazörel toplamına eşittir :

Öm = N 1 İ ı + N 2 İ 2

(1)

Bu magnetomotor kuvvet diğer yandan toplam <j>j

akışını yaratan mıknatıslama akımının yarattığı N )

İ m değerine eşit olur.

ım

(2)

Eğer lm mıknatıslama akımı sıfır alınırsa

I2=

(3)

şeklinde bulunur.

Bu tanımda

= ^ 2 _ olup, akım tr. nün dönüştür Nl

me oranıdır.

Dönüştürme oranı mıknatıslama akımının asıl değeri

için tanımlanmış olup, bu hatasız ideal bir transfor

matöre karşılık olmaktadır. İdeal bir akım tr. de ikin

cil akım, birincil akımın k ç j dönüştürme oranına bö

lümüne eşit olup, bunlar 180° faz farklıdır.

Gerçekte mıknatıslama sıfır değildir. (1) ve (2) nolu

eşitlikten hareket ile;

eşitliği bulunur. Bu eşitlikten görüldüğü gibi gerçek ikincil akım (3) eşitliği ile hesaplanan ikincil akımdan farklı olup bu farka karşılık olan •m akımı, ikincil akımın birin

CT cil akıma göre hatasını yaratır. Mıknatıslama akımının bozucu etkisi (Şek. 16) daki eşdeğer devre için çizilenfazör çiziminde görülmekte dir. (Şek. 1c) Eşdeğer devrenin oluşturulmasında bi rincil ve ikincil sargılar arasındaki mıknatısal (magnetic) bağlaç (coupling) elektrik bağlaca dönüştürülmüş olup, birincile ait büyüklükler ikincile indirgenmiştir.

C Fazör çiziminden ikincil İ2 akımı referans büyüklüğü olarak seçilmiştir.

İkincil ^2 gerilimi Zjj yük empedansındaki gerilim dü şümüne eşittir. Zb = Rb + J X b şeklinde ise;

V2 = İ 2 . Z b = İ 2 ( R b + JX b)olur.

İkincil de endüklenen E 2 e m . k t i ise, V2 gerilimi ile Z2 yük empedansındaki gerilim düşümüne eşit olur.

E 2 = V 2 + Z 2 f 2 = Z b l 2 + Z 2 l 2 = İ 2 ( Z b + Z 2 ) (5)

Şekli ı A k ı m transformatörü a Şematik çizim b Eşdeğer devrec Vektör çizimi

Bu tanımlardan anlaşılacağı gibi E2 fazörü İ2 ye güç a açısı kadar öndedir.

E2 emk ti toplam 4>j akışı tarafından endüklenmiş

olup, 0y akı fazörü £2 Ye 8 o r e 90° ileri ve kendisini yaratan İm mıknatıslama akımına göre (akım tr. nün çekirdeğinde oluşan kayıplar nedeniyle) 7 açısı kadar geri fazda bulunur.

(4) nolu eşitlikten hareket ile

İı . ! = l2

İ m— ve

. \\ = l2

rm bağıntısı

Böylece bulunan İ' j akımı î2 ye göre 8 açısı kadar ge ri fazda olup, şiddeti ise büyük bir yaklaşıklıkla Al ka dar azdır. 6 çok küçük olduğundan yaklaşık olarak;

Al = AB = İ ' m . Sin (ot+ 7)

İkincil sargının ^ açısı büyüdükçe a açısı da büyüye ceğinden Al farkı artar, S açısı küçülür. Uç halde a + 7 = 90° olduğunda Al = l'm ve 8 = Oolup, akım hatası max'a, faz kayması ise sıfıra gelmiş olur.

Mıknatıslama akımı nedeniyle oluşan akım hatası yüz

de cinsinden

Al %f=

l' ı — 1 2

.100 =

.100

l'l

«1

(6) kCT şeklinde hesaplanır.

Faz kayması ise (5 açısı) derece ve dakika cinsinden verilir. Akım tr. nün mıknatıslama akımı büyüdükçe hata da büyür. En uç durumunda bu hata nedeniyle koruma aygıtları çalışabilir, Bu nedenle akım tr. terin de mıknatıslama akımının küçük tutulması en önemli sorundur.

3 MIKNATISLAMA AKIMINI ETKİLEYEN DEĞİŞTİRGENLER

Mıknatıslama akımı (Şek. 1c) Eddy ve Ardılizlem (Hysterisis) kayıplarına karşılık olan ''ma bileşeni ile, ikincil sargıda E2 gerilimini endükleyen <t>j akısını ya ratan l ' m r bileşenlerine ayrılabilir. !'„„.>• I^ şeklin dedir.

Birincil bileşen 1',^ yi küçültmek için akım tr. nün mknatısal devresi, kaybı düşük saçlardan oluşturulur, ikincil bileşen l ' m r i küçültmek için ise 0j toplam akısının küçük tutulması gerekir.

Mıknatıslama akımı ile akı arasında;

lnv =

.rm

; rm = •

(7)

bağıntısı olup, bu bağıntı (Şek. 2) deki mıknatıslama eğrisi ile gösterilmiştir. Bu eğrinin başlangıç kısımları hemen hemen doğrusaldır. Akımın belli bir <j>'x değe

rinde magnetik devre doymaya başlar ve bunun so nucu olarak mıknatıslama akımı 0y akısına göre çok hızlı artar. Buna bağlı olarak da hata çok büyür. Bu nedenle 0y akısının (B j akı yoğunluğunun) doyma ya gelmeden sınırlandırılması gerekir. Bu bakımdan <Pl akımının ikincildeki gerilim düşümünün hemen üzerinde bir Ej emk ti endükleyecek düzeyde olması yeterlidir. <^j ile E2 arasında;

E2 = 4 , 4 4 . N 2 . f . t f T . 1 0 ~ 8

(8)

bağıntısı vardır.

(5) nolu eşitliğe göre

E2 = İ 2 ( Z 2 + Zb)dır.

\j

« 1 olduğuna göre, l j.ve Zu büyüklüklerinin kTC

artması ile E2 büyümektedir. Bunun sonucunda da (8)

nolu eşitliğe göre E2 nin artması; $7 nın dolayısıyle

lm akısının artmasına neden olur.

Tasarım değiştirgenleri ile çalışarak mıknatıslama akı

mını belirli bir düzeyde tutmak mümkündür.

(7) nolu eşitlikten görüldüğü gibi, l m r mıknatıslama akımını küçültmek için;rm relüktansının küçültülmesi ve birincil sanıu sayısının (N j) artırılması gerekif. Mık natıs devre relüktansı;

rm = Ü.S olup, bunun küçültülmesi için; Çekirdek kesitinin bü yütülmesi (S) magnetik akının katettiği magnetik dev re boyunun (fi) küçültülmesi, magnetik devreyi oluş turan malzemenin n geçirgenliğinin yükseltilmesi ve mıknatıslama eğrisinin doğrusal kısmının uzatılması gerekir. Sonuç olarak; hataları en aza indirmek için akım tr. nün mıknatıslama eğrisinin doğrusal kısmında çalıştırılma sı gerekir. Bu şart şu faktörler ile sağlanır.

a Çekirdeğin tasarım değiştirgenleri b Zjj yükünün doğru seçimi c Dönüştürme oranının (kç r) doğru seçimi.

ŞakH 2 Akım tr. U mıknatıslama eğrisi

4 AKIM TR.'LERİNİN SEÇİMİNE TEMEL OLAN ETKENLER

4.1 Duyarlık Sınıflan

Akım tr. leri çeşitli duyarlık sınıflarına ayrılırlar. Her duyarlık sınıfı kabul edilebilir hata değerleri ile nitele nir.

Endüstriyel tesislerde genel olarak 0,5 1 3 ve P sınıfı akım tr. leri kullanılır.

P sınıfı akım tr. leri koruma amaçlı akım tr. leri olup, duyarlık sınıfı indisi denen bir sayının P harfi ile bir likte kullanılması ile belirlenir. Verilen bu indis nomi nal akımda oran hatası ile faz kaymasının fazörel top lamına eşit olan karmaşık hatanın üst sınırını verir.

Çizelge 1 de ölçü ve çizelge 2 de koruma amacı için kullanılan akım tr. lerinin Türk Standartlarına göre izin verilebilir hata sınırları verilmiştir.

Çizelge 1

0,5 1 3

% olarak oran hatası

Dakika olarak faz kayması

+ 0,5 +"1 Sınırlama

T 30 + 60 Y ok

Çizelge 2

5P 10P

% olarak Dak. olarak oran hatası faz hatası

T3

Duyarlık sınır akımı için % olarak karmaşık hata

S 10

Akım tr. lerinin duyarlık sınıflarına karşılık olan hata ları; anma akımın % 120 sini geçmiyen akım değerleri ile anma güce karşılık olan yük empedansı için geçer lidir.

4.2 Anma Güç

Akım tr. nün anma gücü, duyarlık sınıfı ile verilen ha

ta değerinin üzerine çıkmadan volt amper olarak taşı

yabileceği max. yüktür.

.2

1 2

n

"

(9)

Genellikle anma gücü; ikincil sargının anma akımı ya da

Sn

Zn =

şeklinde hesaplanan ikincilin anma yükü

empedansı ile birlikte verilir. Akım tr. lerinin anma güçleri ve anma yükleri aşağıda

verilmiştir. Anma yük değeri içine bağlantı iletkenle rinin empedansları da dahildir.

Knma güçler (VA)

:5 10 15 30 45 60 90

Anma yükler (ohm) (5A de) : 0,2 0,4 0,6 1,2 1,8 2,4 3,6

(1Ade):5 10 15 30 45 60 90

4 J % 1 0 Hata Eğrisi

Teorik çözümlemeler ve deneyler sonucunda; koruma devrelerinde genellikle oran hatasının % 10 un üzerine çıkmadığı ve faz kaymasının 7° civarında kaldığı sap tanmıştır. Bu değerlerden hareket ile akım tr. lerinin seçimi % 10 hata esasına göre yapılmaktadır.

% 10 hata eğrisi; akım tr. nün oran hatası % 10 da

kalmak şartıyla Zb yük empedansına göre

l \ max

(mn =

şeklinde tanımlanan) max birincil

'in

akım çarpanının değişimini gösteren eğridir. (Şek. 3)

Bu ifadedeki Ij m a x belirli şartlardaki max birincil akımı, 1^ n ise anma birincil akımı gösterir. % 10 hata sınırında, akım tr. ü doymanın başladığr

noktada çalışır. (Şek. 4) Bu durumda l ^ y . akımı,

M max a a k ı m m karşılık gelir. mn = f (Z (j ) eğrisi a + y = 9 0 °, yani faz kaymasının 6 = 0durumu için

verilir. Fakat gerçekte a + y < 9 0 ° olup bunun sonu

cu olarak Al <% 1 0 d u r .

Şek. 3 de verilen eğri belli tipteki bir akım tr. nün çe şitli dönüştürme oranları içindedir.

ioo

Q<

<U t O

5/0

Şaklt 3 10 kv, sınıf I olan akım tr. nün % 10 hata eğrisi

Kısa devre koşullarında birincil akım çarpanı

Bu bağıntıda mn : Hesapla bulunan birincil akım katsayısını 'kdh : İncelenen durumdaki hesaplanan kısa devre akı mını ka : Kısa devre durumunda çalışan akım tr. de ge çici dönemsel (periyodik) bileşenin etkisini belirliyen etkendir.

a : Akım tr. nün yapımcı tarafından verilen akım çarpanı ile gerçek akım çarpanları arasındaki farkı belirleyen katsayıdır.

Duyarlı olmayan korumalarda geçici etki için ka = 1 vea = 0,8 alınabilir.

% 10 hata sınırını veren eğri kullanılarak mn ye karşı lık olan Zp izin verilebilir yük empedansı bulunabilir. Akım tr. nün gerçek yük empedansı Z j , , Zp empedan sına eşit veya daha küçük olmalıdır. (Zj, < Z p )

4.4 Doyma Akımı Katsayısı

Akım tr. ne güç faktörü 0,8 olan Zn anma yükü bağlı iken, % 10 akım hatası oluşturan doyma noktasındaki birincil akımın, birincil anma akımına göre kaç katı olduğunu gösteren bir sayıdır, m^ = •id şeklinde in tanımlanır. (Şek 4) Şekilden görüldüğü gibi P nokta sından başlayarak akım hatası Al >% 10 olmakta bi rincil ve ikincil akımlar arasındaki doğrusallık bozul maktadır. Bu nedenle akım tr. nün hesapla bulunan akım katsayısının ( m n ) doyma akım katsayısından ( m j ) küçük olması, bunun sonucu olarak mn ya karşı lık gelen Zp empedansının, m^ ye karşılık olan Zn em pedansından küçük olması gerekir :

m h <m d

Z b <Z p <Z n

4.5 • Max. Akım Katsayısı

Akım tr. ne Zn anma yükü bağlı iken, izin verilen max. ikincil akımın, ikincil anma akıma göre kaç katı olaca

ğını gösteren sayıdır, m.max.

'2max. şeklinde ta

'2n

nımlanır. Bu katsayıdan yola çıkarak akım tr. nün da

yanabileceği max. akım bulunur.

'2max. = mm a x . • <2n

Zn den farklı bir Zx yükündeki max. akım katsayısı

max.x

max

şekilde hesaplanır. Bu tanımda Z2 ile ikincil sargının kendi empedansı belirtilmiştir.

4.6 Mıknatıslama Karakteristiği

Akım tr. nün hataları ile ilgili bilgi elimizde yoksa, izin verilen Zj, yükünde, ikincil V2 gerilimine göre 'm2 ikincil mıknatıslama akımının değişimi çıkarıla rak bu konuda yaklaşık bir fikir edinebiliriz. Bu karek teristik deneysel olarak Şek. 5 a da verilen devre ile elde edilebilir, ikincil sargının uçlarındaki V2 gerilimi ni değiştirerek, her V2 değerine karşılık olan ikincil akım ölçülür. Bu akım l m 2 mıknatıslama akımı niteli ğindedir. Böylece Şek. 5 b gösterilen V2 = f ( l m 2 ) ni teliği çıkarılabilir.

İkincil sargı empedansı Z2 küçüldükçe, V2 ^ E2 ola cağından elde edilen karakteristik E2 = f ( l m 2 ) olarak alınabilir.

Bu karekteristik ile doyma noktasındaki E2 gerilimi tesbit edilip, (S) nolu eşitlikten yararlanarak kısa dev re halindeki izin verilebilinir, yük empedansı hesapla nabilir.

i * A1*%İ0

Şekil 4 Akım tr.de İkincil akımın birincil akıma göre değişimi 1 ideal akım tr. de İkincil akım

2 Gerçek ikincil akım

Şekli S İkincil gerilimin mıknatıslama akımına göre defll$ml a Karakteristiğin çıkarılması için gereken devre b V2 = f (im) eğrisi

4.7 Anma ikincil Akımı

Akım transformatörleri, ikincil akımları 1A ve SA ola

ELEKTRİK MÜHENDtSLÎĞİ 307

cak şekilde tasarlanır. İkincil sargıya bağlı Z5 yük em pedansmın gücü Sb = l2 . Z bd i r . Buna göre aynı değiş tirgenlere sahip iki akım tr. den ikincil akımı 1A olan akım tr ü, 5A olana göre 25 defa daha büyük bir yük taşır.

4.8 Anma Gerilimi

Akım transformatörünün kullanıldığı güç dizgesinin hat gerilimidir. Birincil sargının ikincil sargıya göre olan yalıtımı, bir güvenlik çarpanı ile birlikte hat gerilimi ne dayanacak şekilde tasarlanır.

45 Anma Isıl (Thermal) Sınır Akımı ( l t n )

Akım tr. nün ikincili kısa devre iken, bozulma olma dan bir saniye süre ile dayanabileceği birincil akımın etkin değeridir. Bu durumda sargı için 190° C lik bir sınır sıcaklık derecesine izin verilir. Akım tr. leri ge nellikle l t n = 120 x l ı n kadar bir akım için hesap edi lir.

Bir akım tr. den 1 saniye yerine t saniye süreyle 1^ ka dar bir kısa devre akımı geçecek olursa, bu akımın ısıl anma akımının 1 saniyede oluşturduğu ısıdan faz la bir ısı meydana getirmemesi gerekir, t sn süreyle akmasına izin verilen l|< kısa devre akımının değeri

lk = ^

(12)

bağıntısı ile bulunur.

4 . 1 0 Anma Dinamik Sınır Akımı (l^yn)

Akım tr. nün ikincili kısa devre durumda iken, meyda na getirdiği elektrodinamik zorlamalar nedeniyle elek trik ve mekanik bakımlardan yapısında bozulmalar ol madan dayanabileceği birincil akımın tepe değeridir.

Genellikle anma dinamik akımı ile anma ısıl akımı ara sında (13)

bağıntısı vardır. 5 BAĞLANTI UÇLARININ İŞARETLENMESİ

Akım tr. leri birincil ve ikincil uçlarının yapımcı ku ruluşlarca işaretlenmesi gerekir. Birincil bağlantı uçla rının işareti için bu bağlantı birisi sargının akım giriş ucu (Gp), diğeri de sargının akım çıkış ucu ( Ç p ) ola rak kabul edilir. (Şek. 6 a ) Bu kabule göre ikincil uç ların işaretlenmesi için;akım tr. nün birincil sargısının akım giriş uçundan ( G p) çıkış ucuna doğru ( Ç p ) akım aktığında ikincilde hangi uçun yüke doğru bir akım akıyorsa bu uç ikincilin akım giriş ucu diğeri de çıkış ucu olur. ( G S, Ç S)

Y ukarıdaki tanıma göre ikincil uçları işaretlemek için bir röle önce akım tr. nün birinciline doğrudan, son

rada ikincile bağlanır. Her iki durumda da röleden ge çen akımın aynı yönde dolması sağlanacak şekilde ikincil sargı akım giriş ve çıkış uçları işaretlenir. Akım tr. lerinde birincil sargı giriş ucu P1 , çıkış ucu ?2 ve bunlara karşılık olan ikincil sargı uçları S^ ve S2 ile gösterilir. (Şek. 6 b) Bu işaretlemeden faydalanarak yönlü güç röleleri, watmetreler ve diğer aygıtların akım tr. lerine bağlan tıları yapılır.

Sı

Şekli 6 Akım tr. leri uçların İşaretlenmesi

Şek. 7 de birincil ve ikincil sargıların aynı ve zıt yön lerde sarılmış olmalarına göre ikincil akımın yönü gös terilmiştir. Her iki durumda da birincil akım sargı giriş ucundan çıkış ucuna doğrudur.

İ o—1 t dr <

—

Şekil 7 İkincil akımın yönü

6 Tİ Pİ K BAĞLANTILAR

6.1 Genel

Çeşitli koruma tiplerine göre akım tr. leri ve rölelerin çeşitli bağlantıları kullanılabilir. Bir rölenin çalışması ve davranışı, normal şartlarda ve arıza durumunda akım tr. nün ikincilinden röle sargısına ayrılan akım büyüklüğüne bağlıdır. Farklı fazfardaki ikincil akım herhangi bir elemanda (röle sargısı gibi) toplanıyor ve ya çıkarılıyorsa, bu elemandaki eşdeğer akım fazörel olarak bulunur.

Her bağlantı şeması için röle akımının ( l r ) , faz akımı na (I f ) oranını gösteren "bağlantı faktörü" tanımlana bilir.

kh = îî

(14)

6.2 Röle ve Akım tr. nün Y ıldız Bağlantısı Bu tip bağlantı da akım tr. ü her üç faza yerleştiril

ELEKTRtK MÜHENDİSLİĞİ 307

miş olup, akım tr. ü ikincil sargıları ile röle sargıları yıkhz bağlanmışlardır. Her iki yıldız bağfr sistemin nötrleri bir nötr hattı ile bağlanmıştır. (Şek. 8)

«.ıs

Şekil 8 Akım tr. lerl ve rölelerin yıldız bağlandığı dizge

Normal işletme şartlarında I, II. ve III nolu rölelerden geçen faz akımları

, 'A

nötr hattından geçen akım ise;

İjHa + İb + İc

05)

Çeşitli arızalara göre aşağıdaki incelemeler yapılabilir.

6.2.1 Üç Fazlı Kısa Devre (Şek. 9a)

6.22 iki faili kısa devre (Şek. 9 b)

Bu tip arızada kısa devre akımı yalnızca arızalı iki faz dan ve bunlara tekabül eden iki röleden akar. Arızasız fazdan arıza akımı geçmez, ( İ ^ ~ 0) Arıza noktasına Kirschoff kanununun uygulanması ile;

'A = 0 İB + 'C = 0 veya İQ = — İg bulunur.

I*B ve 'C akımları arasında 180°C faz farkı oluşur. Nötr hattından geçen akım arızalı fazların akımları nın toplamına eşit olup, bunlar zıt fazlarda oldukla rından ;

'n = 'b + 'c = Bu nedenle nötr hattında yer alan IV nolu röle, bu tip arızaya cevap veremez. Gerçekte akım tr. terinin hataları ve karekteristikleri nin farklılığı nedeniyle ikincil akımların toplamı sıfır dan farklı olup, artık bir akım oluşur. Nötr hattından geçen bu akım 0,01 0,2 A ansında değişebilir. Kısa devre oluşumundan sonra bu artık akım kısa devre akımına eklenerek bunun değerini yükseltir. 6.2.3 Faz toprak kısa devresi (Şek. 9 c)

Bu tip arızada birincil kısa devre akımı arızalı faz dan toprağa akar. Diğer fazların akımları sıfırdır. OB = 'c = 0) Arızalı fazda yer alan akım tr. nün ikin cil akımı ise bu devreye bağlı röleden geçerek nötr hattı üzerinden devresini tamamlar.

6.2.4 • iki faz toprak kısa devresi (Şek. 9 d)

Bu tip arızada birincil kısa devre akımı yalnızca arı zalı fazlardan geçer. ( İ B ve İ^) Arızasız faz akımı sıfır dır. ( 4 A = 0) Arızalı fazlara karşılık olan ikincil akım lar bu fazlara bağlı rölelerden geçerek nötr hattı üze rinden devresini tamamlar. Nötr hattından geçen akım arızalı fazlara karşılık olan ikincil akımların fazörel toplamına eşittir. Bu toplam daima sıfırdan farklıdır.

Sekil 9

Çeşitli arızalardakl vektör çizimleri

a üç fazlı arıza

d i ki faz toprak arızası

b i ki fazlı arıza

e Farklı noktalarda iki faz

c Faz toorak arızası toprak arızası

Üç fazlı kısa devre simetrik şartlar yaratan bir arıza olup, nötr hattından geçen akım sıfırdır. Her üç faz daki röleden de arıza akımı geçer.

625 Farklı noktalarda iki faz toprak kısa devresi (Şek. 9 e)

Bu tip kısa devrede iki ayrı bölge tesbit edilebilir. Bi rincisi iki arıza noktası arasında kalan bölge olup, bu bölgede şartlar faz toprak kısa devresinde olduğu gi bidir.

ikinci bölge enerji kaynağı ile buna yakın arıza nokta sı arasında kalan bölge olup, bu bölgede şartlar iki

faz toprak kısa devresinde olduğu gibidir.

Y ıldız bağlı dizgelerde nötr hattından yalnız akımın sıfır bileşeni geçer. Doğru ve ters bileşenlerine ait fazör lerin toplamı sıfır olup bu nedenle nötr hattından bu bileşenler akmaz. Sıfır bileşenler ise aynı fazda olup, nötr hattından ln = 3 l o akımı akar. (Şek. lOd)

ut «f l*

'•M.

(c)

(d)

Şekil 10 Yıldız bağlı devrede akım bileşenleri a Bağlantı şeması c Ters bileşen b Doğru bileşen d Sıfır bileşeni

Y ıldız bağlı sistemlerde akım tr. lerinin birinin ikinci linde bir arıza oluşursa (Devre açılırsa) nötr hattından diğer iki fazın toplamına eşit olan faz akımı büyüklü ğünde bir akım akar ve bu olası nötr hattındaki röle nin istenmiyen çalışmasına neden olabilir.

Sonuç olarak; faz hatlarına konan röleler her çeşit arızaya cevap verdikleri halde nötr hattına konan röle yalnızca toprak arızasında çalışır. Bu tip bağlantıda röle akımı faz akımına eşit olup, bağlantı faktörü lq, = 1 dir.

63 Eksik Akım TR. lü ve Röleli Y ıldız Bağlantı

Şekil 11 Eksik yıldız bağlı sistem

Bu tip bağlantıda akım tr. leri iki faz için öngörülmüş olup, yıldız bağlanmışlardır. (Şek. 11) Aynı fazlara bağlı rölelerden (I ve I I I )

IA ı / v ~ • —— ••

_ lc

akımları geçer.

Dönüş iletkeninden ve bu devreye bağlı röleden (I V) geçen akım ise;

Fazör çizimlerinde İ a + İ c — İ D olduğu yani dönüş hattından geçen İr akımının akım t r. ü uygulanmayan fal akımına eşit ve zıt fazda olduğu görülür. 6 3 . 1 Üç fazlı kısa devre Normal işletme şartlarında ya da üç fazlı arıza halin de; akım I ve I I I röleleri ile nötr hattı üzerindeki IV rölesi üzerinden devresini kapatır.

i A + i B + i c = o i B = ( i A + jc) i r = _( i a + jc)

6 3 . 2 İki fazlı kısa devre Arızalı faza bağlı olarak akım bir ve/veya iki röleden (I ve/veya I I I ) ve nötr hattı üzerindeki IV rölesinden devresini kapatır. 6 3 . 2 . 1 B ile C kısa devresinde

I rölesinden akım geçmez, I I I ve IV rölelerinden lc akımı geçer. 6 3 . 2 . 2 A ile C kısa devresinde iB=o iA + ic=o U = 'c

I rölesinden la akımı, I I I rölesinden İ G akımı geçer. IV rölesinden akım geçmez. 6 3 2 3 A ile B kısa devresinde İc = 0 İ A + İ B = O İA = İ B •r = ' a I ve IV rölelerinden la akımı geçer, I I I rölesinden akım geçmez.

6 3 . 3 Faz Toprak Kısa Devresi 6.33.1 Eğer arıza akım tr. lerinin yer aldığı A ile C fazlarından birinde ise 6 3 3 . 1 . 1 A fazında kısa devre iB=o ic = o

>r = 'a I ve IV rölelerinden İa akımı geçer. I I I rölesinden akım geçmez.

6 3 3 . 1 2 C fazında kısa devre

JA = 0 İ B = 0 İr = İc

I I I ve IV rölelerinden İc akımı geçer. I rölesinden akım geçmez.

6332 Eğer arıza akım tr. nün uygulanmadığı fazda (B fazında) oluşursa koruyucu devreden akım geçmez.

Bunun sonucu olarak eksik yıldız bağlı devre tüm faz toprak arızalarına yanıt veremez. Yalnızca iki fazlı kısa devreler için uygundur. Bağlantı faktörü kj, = 1 dir.

6.4 Akım TR. lerin Üçgen Rölelerin Yıldız Bağlanması Hali

Bu tip bağlantıda akım tr. lerinin ikincil sargıları üç gen (Şek. 12,13) bağlanmıştır. Yıldız bağlı röleler ise üçgen bağlı akım tr. lerine bağlanmışlardır. Bu tip bağlantıda rölelerden geçen akımların fazörleri;

: 'A I=

'B

•B

|

kCT

•m

Normal şartlarda ve üç fazlı kısa devre halinde İA + İg + İç = 0 olup, rölelerden faz akımının ^ / 3 katında ve ait oldukları fazların akımlarına göre 30° faz farklı akımlar geçer.

Çizelge 3

Arıza cinsi

İki ful. arıza

Faz Top. arızası

Arızalı fazlar AileB BileC

Çile A A

B C

Röleden geçen akımlar I rölesi 11 rölesi I I I rölesi

Faz akımları ic= o

İB = İ A

>A = 0

•c = "B lB = 0 «A — " e

>A = lkd İ B = İc = 0

İA 'B 2'A

'B 'A İA

'B 'C 'C 'A

'A

*B

lc

ic

2'C

İA

•B = 'kd

iA=ic= o 'B

'c = 'kd 0 İ A= İB= 0

Çizelge 3 de arıza cinslerine göre rölelerden geçecek akımların büyüklükleri akım tr. lerinin dönüştürme oranları kç r = 1 alınarak gösterilmiştir.

Akım tr. lerinin üçgen bağlaması ile elde,edilen bağ lantı tipinin özellikleri şunlardır.

a Her çeşit arızada rölelerden arıza akımı aktığından bu tip bağlantı ile tüm arızalara karşı koruma yapıla bilir. b Röle akımının faz akımına oranını gösteren bağlan tı faktörü (kb) arızanın cinsine göre değişir.

Üç fazlı arızalarda; her uç röleden geçen akım

lr

= y/3

If

olduğundan

kb

•r =—

\

/

3 —

l

c

olur.

c Akımın sıfır bileşeni üçgen bağlı akım tr. nün ikin cil sargılarından dışarıya alamayacağından, arıza akı mının yalnızca doğru ve ters bileşenleri rölelerden ge çer.

Bu tip bağlantı esas olarak diferansiyel ve uzaklık ko rumaları için uygundur.

Şekil 12 Akım tr. lerinin Üçgen, rölelerin yıldız bağlandığı sistem

Şekil 13 Şekil 12 deki devrenin akım vektör çizimi

63 iki Akım TR. lü ve Bir Röleli Bağlantı

Bu tip bağlantıda akım tr. leri iki faza (ör : A ile C fazlarına) (Şek. 14) uygulanır, ikincil sargılar araların da çapraz paralel bağlanarak uçlar röle sargısı ile bağ lanır. Bu durumda röleden geçen akım;

İr = İa İc olup, İa.

, lc=

»eklindedir.

Şekil 14 Akım tr. lerinin çapraz paralel bağlandığı dizge

6 3 . 1 Üç fazlı kısa devrede

Simetrik yüklerde veya üç fazlı kısa devre halinde; 'A + 'B + 'c = O °' uP ı fazör çiziminden; İ a — İ c fa zörünün şiddetinin \ / 3 l f olduğu bulunabilir. Buna göre röleden geçen akım;

r'= >/3 lfdır.

lf = faz akımı

6.5.2 İki fazlı kısa devrede

6.5.2.1 Akım tr. lerinin yer aldığı A ile C fazları ara sındaki kısa devrede:.

Iw = 2 lf

Röleden 2 l f akımı geçer.

6.5.2.2 Akım tr. lerinin yer almadığı faz ile (B fazı)

diğer fazlara arası kısa devrede

63.2.2.1 B ile C fazı kısa devresi

•I (2)=

Röleden lf akımı geçer.

63.2.2.2 A ile R fazı kısa devresi

(2) • I = lf Röleden lf akımı geçer.

6.5.3 Faz toprak kısa devresi 6.53.1 Akım tr. nün bağlı olduğu faz arızası hali 63.3.1.1 A fazı kısa devresi »A = »kd İB = «C = 0 İr = » a İ c = 'a = <f » / ^ 63.3.1 .2 C fazı kısa devresi

6 3 3 . 2 Akım tr! nün bağlı olmadığı faz arızası hali

Y ukarıda görüldüğü gibi akım tr. nün uygulanmadığı faz toprak kısa devresinde röle akımı sıfır olduğundan bu tip bağlantı faz toprak arızalan için uygun değil dir. Röleden geçen akım, arızanın cinsine bağlı olarak de ğiştiğinden duyarlılık da değişir. A ile B veya B ile C fazları kısa devresinde (B fazında akım tr. ü kullanıl mıyor.) röleden geçecek lr akımı diğer cins arızalara göre daha küçük olup, duyarlılık da daha düşüktür. Bu tip bağlantılı bir koruma sistemi; yıldız üçgen bağ lı birgüç tr. nün birincil tarafında yer alırsa, B ile C faz

ları arasındaki arıza durumunda (Şek. 1 6 ) güç tr. nün mağnetik akımlarının dengelenmesi amacıyla la ve lc akımları eşit ve aynı fazda olacaklarından röle akı mı lr = la — lc = 0 olur. Bu nedenle bu anza çeşidin de röle çalışmaz. Sonuç olarak tek röleli koruma sis temi yıldız/üçgen bağlı güç tr. lerinin birincillerinde koruma amacıyla kullanılmamalıdır. Ayrıca akım tr. nün uygulanmadığı fazdaki toprak kısa devresi arıza sında (B fazı) röle akımı yine sıfır olduğundan, bu cins arızalar için de bu bağlantı şeması uygun değildir. Bu tip bağlantıda simetrik şartlarda bağlama faktörü .k (3)= ='r y/ ,3, d. e„ğer.ind.ed..ir.

6.6 Akım TR. lerinin Sıfır Bileşeni Süzgeç Bağlantısı Bu tip bağlantıda akım tr. leri üç faza uygulanır, ikin cil sargının aynı kutuplu uçlar aralarında bağlanarak röle sargısına bağlanır (Şek. 15) Bu bağlantıda röle akımı akım tr. lerinin ikincil akım larının toplamına eşittir. İ r = İ a + İ^ + İ c = 3 İ o Bu toplam aynı zamanda akımların sıfır bileşenini ver diğinden, bu devre akımın sıfır bileşeni için bir süzgeç devresidir.

nic

Şekil 15 A k ım tr. lerinin sıfır bileşeni süzgeç bağlantısı

6.6.1 Üç fazlı kısa devre Simetrik yüklerde veya üç fazlı kısa devrede İ A B C + I + I = 0 v e \ = 0 v e ' o = Odır.

Röleden akım geçmediğinde» röle bu tip arızalara ce vap vermez. Fakat akım tr. lerinin hataları nedeniyle ikincil akımların toplamı sıfırdan farklı olup, röleden bu dengesizliğe karşılık olan bir akım geçebilir. Bu bağlantının kullanılması halinde bu akımın dikkate alınması gerekir. 6.6.2 iki fazlı kısa devre İ ki fazlı kısa devrelerde (Örneğin A ile B fazı) 'c ~ 0 'A = ~ 'B 'r = 0 ve İo = 0 olup, röleden yi ne bir akım geçmediğinden bu tip bağlantı iki faz kısa devrelerine de yanıt vermez. 6 . 6 3 Faz toprak kısa devreleri Faz toprak kısa devrelerinde (örneğin A fazı toprak)

İA = 'kd 'B = 'c = ° o l u P . 'r = 'kd = 3 ^o oluP »r ö leden kısa devre akımı geçerek arızaya cevap verir.

6.6.4 • iki faz toprak arızası

Bu tip arızada (örneğin B ile C fazları toprak arızası) IA = 0 İ r = İ b + İ c = 3 İ o olup, röleden yine bir akım geçtiğinden arızaya cevap verir.

Sonuç olarak; bu bağlantı tipi yalnızca toprak arıza ları için uygundur.

6.7 A / Y Bağlı Bir Güç TR. nin Birincillerindeki iki Faz Arızası

Şek. 16 da; en çok kullanılan tr bağlantı gruplarından biri olan A / Y 11 grubundan bir tr. de B ile C fazları arasında kısa devre oluşması halinde akım yönleri gös

terilmiştir. Basitleştirmek amacıyla güç tr. nün dönüş türme oranı k ç j ~ 1 alınırsa A /Y bağlı sargının akım

oranı

IY

wA

Bu tr. nün üçgen tarafında b ile c fazları arasında bir kısa devre oluşursa : ia = 0 İ c = — İ jj = İ ^ j dır.

l^d kısa devre akımı —Şek. 1 6 a da görüldüğü gibi— üçgen sargıda iki kola ayrılır. Birinci kol c faz sargısın dan, diğeri de seri bağlı a ile b fazları sargılarından ge çer.

Bu ikinci kolun empedansı iki faz sargısının seri gir

mesi nedeniyle birinci kolun empedansının iki katıdır.

Bu nedenle IJ^J akımının kollara bölüşümünde

IJ^J

c fazı sargısından,

a ile b faz sargılarından

geçer.

Transformatörün yıldız tarafındaki faz sargılarından geçen akım, üçgen tarafındaki karşılık olan faz sargı larından geçen akımın y/3 katıdır.

T

Arızanın a ile b veya c ile a fazları arasında olması ha linde akımlar benzer şekilde hesaplanır.

Sonuç olarak; transformatörün üçgen tarafında olu şan iki faz kısa devresinde, üçgen tarafında yalnızca iki fazdan akım geçerken ( l a n =0 Ibh = 'kd > 'eh = 'kd) yıldız tarafında her üç fazdan geçmektedir.

Benzer şekilde, transformatörün yıldız tarafında olu şan iki faz kısa devresi incelenebilir. Bu durumda üç gen tarafındaki akım dağılımı bir önceki durumdaki yıldız tarafındaki akım dağılımı gibidir.

Böyle A / Y bağlı bir güç tr. ü için yıldız, eksik yıldız ve çapraz bağlı akım tr. leri ile yapılan korumalarda aşağıdaki özellikler geçerli olur.

6.7.1 Akım tr. lerinin yıldız bağlı olduğu devrede

(Şek. 16) bir fazdan

^— akımı diğer fazlardan

VV33kk CT

ise 'kd akımı geçer. Bu akımlar aynı zamanda

bu fazlara bağlı olan rölelerden geçer ve nötr hattı akı mı sıfır olur. Her Uç röle de çalışır. Ancak iki röle, , üçüncü röleye göre iki defa daha küçük duyarlılığa sa hiptir.

Şekil 16 a Y / A bağlı güç transformatörü hail b A / Y bağlı güç transformatörü hail

6.7.2 Akım tr. lerinin eksik yıldız bağlı olduğu dev rede ise akım iki faz ile nötr hattından geçer. Nötr'den geçen akım faz akımlarının fazörel toplamına eşittir. Eğer akım tr. leri akımın küçük olduğu fazlarda ise 0 k d / V 3 • k C T ) rölelerden de bu akım geçeceğinden duyarlılığa yıldız bağlı sisteme göre yarım olacaktır. Bunu önlemek için dönüş hattına bir röle yerleştire rek, bundan geçen akımın üçüncü fazdaki akıma eşit olması sağlanır.

>n = V3

+ 'kd

_ 2 'kd

6 . 7 3 Akım tr. lerinin çapraz bağlandığı tek röleli devrede ise Şek. 16 a ve Şek. 16 b den görüldüğü gibi röleden akım geçmez. Bu nedenle bu tip bağlantı transformatörün çıkışında oluşan kısa devreler için uygulanamaz.

7 AKIM TR. LERİNE BAĞLANABİLEN Y ÜK EMPEDANSININ HESABI

Akım tr. lerinin hataları yük empedanslannın değerle rine bağlıdır. Bir akım tr. nün yük empedansı :

V2

Zj, =

•2

Bu ifade de V2 ikincil gerilimi, l2 ise ikincil akımı gös termektedir. (Şek. 17a)

Y ük empedansı, bağlantı iletkenlerinin rw rezistansı ile Z,. röle empedansından oluşur.

w

ikincil gerilim V2 = Zj, l2 eşitliği akım tr. lerinin bağ lantı şekli, arıza cinsi ve arızalı fazların sıralamasına göre değişir.

(D

Zr+Z,ro

Böylece bu tip bağlantıda en büyük yük empedansının faz toprak kısa devresinde elde edileceği anlaşılır. 7.2 Eksik Y ıldız Bağlı Sistem (Şek. 17 c) Bu tip bağlantıda akım tr. leri en fazla, akım tr. nün yer aldığı faz ile yer almadığı faz arasındaki bir kısa (2) devre durumunda yüklenir. Bu durumda V_ gerilimi ve yük empedansı

v(2) l_ 2 _,

""İT"'

+ Zroolur.

73 Akım TR. nün Çapraz Bağlı Hali (Şek. 17 e)

Bu tip bağlantıda max. yük empedansı, akım tr. leri nin bağlandığı fazların kısa devresinde oluşur.

Şekil 17 AKim tr. lerinin çeşitli bağlantılarındaki yük empe dansı hesabı için eşdeğer devreler a Tek akım tr. u hali b Şek. 8 deki bağlantı hali c Şek. 11 deki bağlantı hali d Şek. 12 deki bağlantı hali e Şek. 14 deki bağlantı hali

7.1 • Akım Tr. ve Rölelerin Y ıldız Bağlı Hali (Şek. 17b) 7.1.1 Üç fazlı ve iki fazlı kısa devre Her iki arızada da V2 faz empedansındaki gerilim dü şümüne eşittir.

7.1.2 Faz toprak kısa devresi Arıza akımı arızalı faz ile nötr'den devresini tamamla yacağından V 2 , faz nötr devresindeki gerilim düşümü ne eşit olur.

İ r = 2 İ 2 olduğundan

V

7.4 Akım TR. lerinin Üçgen Bağlı Hali (Şek. 1 7 d) Bu durumda max. yük empedansı üç fazlı ve iki fazlı arıza halinde elde edilir. Şek 17 d den görüldüğü gibi

A ile B fazları arası kısa devre arızasında; 'l = 2 ' a »n = »b İ a = lb = l2 konarak

Z^=

+ Z r ) elde edilir.

Akım tr. lerinin hataları verilen bağlantı şemasına gö re max. empedansın oluştuğu anza cinslerine göre tes bit edilmelidir.

KAYNAKLAR

1. Protcctive Rdaying (N. Chernobrovov) 2. Dağıtım Şebekelerinde Koıuraa Sistemleri (T.M.M.O.B) 3. Elektrik Santrallan ve Şebekeleri (Th. Buchhold Cüt II) 4. Orti Gerilim Şebekeleri (M. İnan Kısım II)

ELEKTRİK MÜHENDtSLİĞl 307