KESİNTİLER VE NEDENLERİ

ÖNSÖZ

Kesintiler nasıl azaltılabilir ? Bu sorunun yanıtı geniş öl çüde sisteme yapılan yatırımlara ve sahip olunan yedek birimlere, çevresel ve doğal özelliklere, kullanılan işletim ve denetim yöntemlerine, işletim personelinin teknik eğitim, düzeyine bağlıdır. Alınması gerekli önlemler de dolayısıyla, sistem özelliklerine ve işletim sorunlarına bağımlı olacaktır.

Hızlı kentleşme ve endüstriyel büyüme, toplumsal ve ekonomik yapının kesintilerden giderek daha fazla etki lenmesine yol açmaktadır. Endüstriyel büyümeye paralel olarak, sistemin üretim, iletim, dağıtım ve tüketim birim lerinin sayısı ve büyüklükleri artmakta, aralarındaki ilişki ler karmaşıklaşmaktadır. Bu çapta ve karmaşıklıkta bir sistemi birtakım basit yöntemlerle denetleyebilmek ve kesintisiz olarak işletebilmek giderek zorlaşmaktadır.

Karşılaşılan çeşitli işletim sorunlarına bakarak, ülkemi zin de orta dönemde modern sistem işletim ve denetim teknikleri planlama ve uygulama çalışmalarına gireceğini öngörmek kolaydır. Konunun dünyada ulaştığı yüksek teknoloji düzeyi, sürekli yeni bilgisayar donanım model leri ve denetim tekniklerinin ortaya çıkması, kurulan sis tem denetim merkezlerinin ticari ve teknik nedenlerden dolayı hemen hiç birinin diğerine benzememesi, yapıla cak yatırım harcamalarının yüksek düzeyde oluşu, bazı uygulamalarda karşılaşılan başarısızlıklar, geniş ve detay lı planlama çalışmaları yapılmasını gerektirmektedir.

Bu yazı dizisinin temel amacı, kesintileri azaltabilmek, sistemin ekonomik ve güvenli olarak işletebilmek için ge lişmiş ülkelerde benimsenen temel teknik yaklaşımları, son uygulamaları ve beklenen gelişmeleri kısaca tanıt maktır. Konu üzerinde yapılan yayınların geniş hacmi karşısında, dizinin bir bakıma yüzeysel ve eksik olması doğaldır.

Dizideki yazılardan ilkinde kesintilerin ana nedenleri in celenmekte ve karşılaşılan bazı tipik kesinti olayları anla tılmaktadır. İkinci yazıda bilgisayarlara dayalı sistem de netim merkezlerinin kesintilerin azaltılmasındaki işlevi, ne ölçüde yararlı olabildikleri, karşılaşılan sorunlar ve bu sorunların çözülebilen, çözülemeyen yönleri açıklanmak tadır. Son yazıda ise kesintilerin gelecekteki durumu ve sistem denetim teknolojisinde beklenen gelişmeler anla tılmaktadır.

Ülkemizde teknik yayın konusunda, gelişmiş köklü bir teknik dil henüz mevcut değildir. Bu bakımdan, bir takım teknik terimlerin herkes tarafından kabul edilen türkçe karşılıkları tam olarak yerleşmemiştir. Bu yazıların çevi riminde, teknik dil konusunda bir uzmanlık savı taşımak yerine, kolay anlaşılır ve yerleşme olasılığı olan bir dil kullanılmıştır. Okurlara yardımcı olmak amacıyla, yazı dizisinin sonununda kullanılan türkçe teknik sözcüklerin ingilizce karşılıkları verilmiştir.

Osman Sevaioğlu

Y azan : D.N. Ewart General Electric Company

Çeviren : Osman Sevaioğlu ODTÜ

{*) IEEESPECTRUM, Nisan 1978. ELEKTRİK M ÜHENDİSLİĞÎ 28 7/288

ABD'de ortalama olarak yılda 35 kez, yani yaklaşık her on günde bir, ülkenin bir bölgesinde ciddi çapta elektrik kesintileri olmaktadır. Bu kesintilerin yüzde 5O'sinde; tüketim toplamı 1 0 0 MVV'ı geçen, yaklaşık 4 5 0 0 0 tüketici servis dışı kalmaktadır. İşletme raporlarına göre, açma ve yük atma olayları her yıl % 6 oranında artmaktadır. Bu oran, aslında beslenebilen yüklerin yıllık artış oranıyla aynıdır. Bu konuda yapılan tüm yayınlara, eleştirilere, bireysel olaylar sonucu uğranılan zararlara rağmen, bir yılda (1 9 7 6 ) meydana gelen kesinti toplamı 1 0 0 GW h, kesilen enerjinin, karşılanabilen enerjiye oranı ise milyon da 50'dir.

Enerji kesintilerinin nedenleri nelerdir ? Genel olarak, bir sistemin normal kapasite ve sınırlarının üzerinde çalışma ya zorlanması kesintilerin temel nedenidir. Doğal dış et kenler (fırtınalar, yıldırım düşmeleri), sistemin veya sis tem birimlerinin hatalı işletilmesi, sistem tasarımındaki eksiklikler, bakım ve işletmeye alma testlerindeki yeter sizlikler, kullanılan malzemelerdeki kalitesizlik, koruma sistemlerinde zayıflıklar ve yanlış çalışmalar sonucunda, sistemde arızalar ve açmalar meydana gelebilir. Bu açma ları, başka zincirleme açmalar izleyebilir ve sonunda sis tem, birbirinden bağımsız elektriksel bölgelere ayrışabilir.

Kesintiler tamamen önlenebilir mi ? Genellikle hayır. Fakat azaltılabilirler. 13 Temmuz 1977'de New Y ork'un tüm elektrik servisinin kesilmesine yol açan arızadan iki ay sonra, 26 Eylül'de benzer bir arıza meydana gelmesine rağmen, sadece 2 0 0 MVV'lık bir yükün bir saat atılmasıyla sistem kurtarılmıştır.

Arıza raporlarının dikkatle incelenmesiyle kesintinin ana nedenleri, sistemdeki işletme ve bakım hataları, tasarım da veya sistem elemanlanndaki zayıflıklar, sistem opera törlerine iletilen bilgi ve şemalarda ne gibi eksiklikler ol duğu, bir ölçüde ortaya çıkarılabilir. Y apılacak düzelt meler ve alınacak önlemlerin etkili olabilmesi, bu incele melere bağlıdır. Arıza etkenleri tanındıktan ve düzeltil dikten sonra sistem, benzer türdeki kesintilere daha az maruz kalacaktır.

KESİNTİ İSTATİSTİKLERİ

1970'lerin başından beri ABD Federal Enerji Komisyonu elektrik şirketlerinden, 69 kV ve daha yukarı sistemler

deki arızalar nedeniyle yapılan 100 MW'dan büyük, 15 dakikadan uzun süreli kesintilerin arıza raporlarını iste mektedir. Daha küçük ölçüde kesintiler için de, eğer atı lan yük sistemin puant yükünün yarısından fazla ise, aynı raporlar istenmektedir.

Tablo l'de 1971 1976 yılları arası yapılan yük atmalar verilmiştir.

Kesintilerin % 60'ında bu süre 1 saatten fazladır ve yıl da ortalama 21 kez olmaktadır.

Kesintilerin % 10'unda bu süre 8 saatten fazladır ve yılda ortalama 3 veya 4 kez olmaktadır.

Kesintilerin % Tinde kesinti süresi 1 haftadan fazladır ve ortalama her üç yılda bir kez tekrarlanmaktadır.

Bunlardan başka, dış kestirim yöntemiyle kesintilerin % 1/3'ünde tekrar servise almasüresinin 1 ay civarında olacağı ve böyle kesintilerin, yaklaşık her 10 yılda bir kez tekrarlanabileceği söylenebilir.

Raporlarda en uzun kesinti kar fırtınası nedeniyle 1500 MW'ın 16 gün süreyle atılması olarak belirtilmiştir. Bu süre boyunca sistemin geri kalan kısmı normal çalışması na devam etmiştir.

Yukardaki istatistiklerden, sanıldığının tersine, kesintile rin çok sık meydana geldiği söylenebilir. Kesintiler, süre. kesilen güç ve etkilenen tüketici adedi bakımından bazen çok ciddi düzeylere ulaşabilir. Kesilen gücün toplam bes lenebilen güce oranı çok küçük olduğu halde olayın, top lumun sosyal, hatta politik yapısı üzerindeki etkisi bü yüktür.

Raporlardaki bilgileri gruplayarak, kesintilerin özellikleri hakkında daha nicel bilgiler elde etmek mümkündür. 211 yük atma olayı içinde atılan en küçük yük 2,4 MVV, en büyüğü ise 3632 IVIVV değerindedir.

Tablo 1. ABD Federal Enerji Komisyonu Raporlarına göre 1971 1976 Yılları Arası Meydana Gelen Yük Atmalar

Yıllar

1971 1972 1973 1974 1975 1976

Kesintilerin Sayısı

31 28 37 32 48 35

Atılan Yük (MW)

7684 4208 14551 9455 5730 9832

Etkilenen Tüketicilerin Sayısı (*)

W

1.450.000 9.419.000 2.894.000 2.432.000 3.602.000

(*) Tüketici, burada rattıralamlırılan bir müşteri veya bir endüstri yel kuruluş anlamııul.ıdır. Kesintiden etkilenen toplam birey lerin sayısı, bu rakamların birkaç katıdır.

(+)l972'den öncesi bildirilmemiştir.

Atılan yük değerleri, kesintilerin adedine göre gruplana rak çizilirse ortaya normal bir dağılım çıkmaktadır.

Logaritmik eksenler içinde bu dağılım Şekil l'de görül düğü gibi bir doğruyla gösterilebilmektedir. Bu doğrusal modeldeki noktalar arasında iç ve dış kestirimler yapa rak bazı sonuçlara varmak mümkündür. Bu yöntemle bel li bir istatistiksel yaklaşıklıkla çıkarılan sonuçlar şunlar dır :

2900 MVV'ın üzerinde yük atmalar, yılda üç veya dört kez meydana gelmekte ve toplam kesintilerin % 10'unu oluşturmaktadır. Bu kesintilerin her birisi yaklaşık 300.000 tüketiciyi etkilemektedir.

1.300.000 tüketici etkileyen, 2900 MVV'ın üzerindeki yük atmalar, toplam kesintilerin % Ti civarındadır ve her üç yılda bir kez olmaktadır.

5500 MVV'ın üzerindeki kesintiler yaklaşık her on yılda bir olmakta ve 2.500.000 tüketiciyi etkilemektedir. Bu kesintilerin oranı ise % 1/3 civarındadır.

Atılan yük (JM)

10000

İ000

V

>

2.0

90 dû 70 50 30 30 10

1.0

Ols.UıK (%)

Şekil 1 1971 1976 yılları arasında oluşan 211 yük .it ma olayının MVV—Olasılık dağılımı

Bu yazıdaki istatistiklerin hazırlanmasından sonra mey dana gelen 13 Temmuz 1977 New York kesintisinde ise, atılan toplam yük 6000 MVV, kesintiden etkilenen toplam tüketici sayısı da 2725000 tir. New York'un kuzeybatı bölgelerinde benzer bir kesinti de 1965 yılında olmuştu.

Kesintiden sonra tüketiciyi tekrar servise alabilmek için geçen süre üzerinde de benzer istatistiksel sonuçlar çıka r ila bil ir. Bu değerler, kesintilerin adedine göre gruplanır ve çizilirse, ortaya üstsel bir dağılım çıkmaktadır. Loga ritmik eksenler altında bu dağılım, Şekil 2'de görüldüğü gibi bir doğruyla ifade edilebilmektedir. Bu doğru üze rinde iç ve dış kestirim yöntemleri kullanılarak şu sonuç lara varılabilir :

Kesintilerin % 90'ında, tekrar servise alabilme süresi 30 dakikadan fazladır. Bu tür kesintiler yılda ortalama 31 kez tekrarlanmaktadır.

işitir, te/.rar s e r v i s e a l ı n s a s o r e s ı (i;aı<.)

İCûûOO

İÛJOC lû

C.5

O l i l ı L ı k (%)

Şekil 2 — 2 1 1 kesintide yüklerin tekrar alınma sureleri nin olasılık dağılımı SİSTEMİN ÇALIŞMA DURUMLARI Bir enerji sisteminin çeşitli işletme olayları sonucunda «irdiği çalışma durumları, yıllardan beri araştırma konu su olmuştur. Bu çalışma durumlarının tanımları tam ola rak yapılmamış olmakla birlikte, genelde beşe ayrıldıkla rı kabul edilmektedir : Normal, uyarım, acil, kesinti, çö zülme. Meydana gelen bir elektriksel olay sonucu, sistem bu durumlardan herhangi birinden diğerine geçebilir. Bu şekilde bir tanımlama, işletim sorunlarının modellenme sine ve çözümüne daha matematiksel bir yaklaşım sağla yacaktır. Genel olarak sistem, normal çalışma durumundan uya rım durumuna, hatlara yıldırım düşmesi vs. gibi başlatın bir olay nedeniyle girer. Olayın ardından sistem, bazı ile tim ve/veya üretim olanaklarını kaybeder ve bir takım işletim zayıflıkları ortaya çıkar. Uyarım durumunda çalı şan böyle bir sistem, hatlara ikinci bir yıldırım düşmesi, bazı birimlerin yanlış çalışması, koruma sistemlerinin aşırı yüklenmiş bir üretim birimini devre dışı etmesi gibi ikinci bir işletme olayı sonucu kolaylıkla acil çalışma durumuna girebilir. Uyarım durumunda sistem operatörleri, karşılaşılan ola yın önemine göre işletme ekonomisi ve sistem güvenliği arasında seçmeler yaparlar. Sistem güvenliğinin ihmal edilmesine bağlı olarak, uyarım çalışma durumunun iki, üç veya daha fazla kademesi olabilir. Her yeni kademeye geçişte, sistemin acil çalışma durumuna girme olasılığı biraz daha artar. Pratik deneyimler, sistem operatörleri nin en çok bu ilk uyarım kademesinde karar verme güç lükleriyle karşılaştıklarını göstermiştir. Operatörler, elde ki kısıtlı ve bazen de çelişkili bilgilere bakarak kararlar vermek ve sistemi tekrar normal çalışma durumuna getir mek zorundadırlar. Karşılaşılan olayların ihmali kadar, aşırı düzeltme tedbirlerinin alınması da zararlı olmakta dır. Uygulanan denetim komutlarına ve işletme olaylarına bağlı olarak sistem, uyamn durumundan acil, normal veya kesinti durumlarına geçebilir.

Acil çalışma durumuna geçme, koruma rölelerinin (veya sistem operatörlerinin) sistemin arızalı kısmını ana kısım dan ayırmaları ile başlar. Bu işlem sonucunda sistemde bazı kısmi kesintiler oluşabilir. Bu anda tüm gayretler, arızanın bütün sisteme yayılmasını önlemek ve kalan kı sımların normal çalışmasına devam etmesini sağlamak üzerine yoğunlaştırılır. Acil çalışma durumunda sistemin ekonomik işletim koşulu bir kenara bırakılır, her türlü olanaklar kullanılarak üretimler artırılmaya, iletim aksak lıkları giderilmeye, gerekirse yük atılmaya ve aşırı derece de yüklenmiş sistem birimleri (özellikle hatlar ve trafolar) rahatlatılmaya çalışılır. Uygulanan komutların başarılı veya başarısız olmasına göre, sistem normal veya kesinti durumuna geçer.

Kesinti durumunda uygulanan denetim komutlarının ha talı veya yetersiz olması halinde, sistem tekrar uyarım veya acil çalışma durumlarına dönebilir, örneğin, servise alınmaya çalışılan bir üretim ünitesi, sisteme senkronize edilemeyerek tekrar devre dışı olabilir.

Bazı hallerde acil çalışma durumunda uygulanan bu de netim komutları başarılı olmayabilir. Bu durumda sistem de, denetim dışı bir takım zincirleme açmalar, kopmalar ve yük atılmaları meydana gelebilir. Bu çalışma durumu na da sistemin çözülme durumu adı verilmektedir. Ope ratör tarafından veya otomatik olarak yapılan yük atma lar sonucunda üretim ve tüketim dengesi hala sağlanama mış ise, sistemin tümü veya kopan kısmı senkronizmasını kaybederek servis dışı kalabilir.

KESİNTİLERE YATKINLIK

Kesintilerin nedenlerini incelerken tıp dilindeki "hastalı ğa yatkınlık" terimini kullanmak yerinde olacaktır. Yat kınlık, bir takım dış etkenlere karşı organizmanın çeşitli hastalıklara yakalanma olasılığının yüksek oluşu olarak tanımlanabilir, örneğin, yüksek tansiyona sahip bir has tanın kalp krizine yakalanma olasılığı, diğer insanlara gö re daha fazladır. Ailelerinde şeker hastası bulunan kimse lerin şeker hastalığına yakalanma oranları yüksektir. Si gara ve şişmanlık, çeşitli kalp hastalıkları için bir yatkın lık faktörüdür, örneklerden de anlaşılacağı gibi hastalık lar, bazen hastanın denetimindeki, bazen de hastanın elinde olmayan nedenlerle oluşmaktadır.

Kesintiye yatkınlığı olmayan bir sistemde herhangi bir elektriksel olay olması durumunda, koruma ve denetim mekanizmaları istendiği gibi çalışarak, sistemin geniş çapta bir kesintiye uğramasını önlerler.

Yatkınlık faktörü, hastalığı veya enerji kesintisini başla tan olayla karıştırılmamalıdır. Kesintilere yatkınlık fak törünün matematiksel bir tanımı yapılamadığı için, bu yazıdaki fikirler geniş ölçüde endüstriyel deneyimlere ve gözlemlere dayanacaktır.

BÖLGENİN COĞRAFYASI

Bir enerji sistemi, kurulduğu bölgenin akarsuları, dağları, doğal kaynakları vs. gibi çeşitli coğrafi özellikleriyle kı sıtlanmıştır. Bu özellikleri nedeniyle bir sistemi, her tara fından diğer komşu sistemlere bağlamak mümkün olma

ELEKTRtK MÜHENDİSLİĞİ 287/288

yabiıir. Bu durumda sistem, açmalar kopmalar gibi elektriksel olaylardan daha fazla etkilenecektir, örneğin, Tablo l'deki toplam 211 kesintinin 12 tanesi, Florida Y arımadası'nda meydana gelmiştir. Ülkenin üçte ikisiyle Kanada'yı doğrudan birbirine bağlayan bu bölge toplam üretimin sadece % 3,3'üne sahiptir. Dolayısıyla, altı yıllık gözlem raporlarına dayanarak, bu bölgenin yılda % 10 ola sılıkla 12 veya daha fazla kez kesintiye uğrayacağını söy lemek mümkündür.

Çeşitli önlemler alınmasına rağmen, dış bağlantılarının zayıf oluşu, bu bölge için bir yatkınlık faktörü oluştur maktadır. Bunlardan başka, tuzlu atmosfer, fırtınalar ve normalden fazla sayıda yıldırım olayları da bu yatkınlık faktörünü arttırmaktadır.

Y oğun yerleşim alanlarındaki iletim sistemleri, çoğu za man dar bir arazi koridorundan geçmek zorunda kalırlar. Aynı yönde, çok sayıda hat çekilmesiyle böyle koridor larda sisteminde enerji yoğunluğu artar. Bu tür tasarım lar her ne kadar zorunlu da olsa, sistemin kesintilere yat kınlığını arttıracaktır. Y angın, fırtına, yer sarsıntısı gibi doğal etkenler ve çeşitli kazalar bu hatları kopararak, sis temin uzun süre kesintilere uğramasına neden olabilirler. Böyle iletim koridorlarının kayalıklar vs. gibi kötü arazi yapısına sahip bölgelerden geçirilmesi, sistemin yatkınlık faktörünü daha da arttıracaktır. Bu durumda enerji direk lerinin toprak dirençleri artacak ve sistem, yıldırım düş mesi sonucu oluşan aşırı gerilimlerden etkilenecektir. Dağlık bölgelerden geçen iletim sistemlerinin bakım ve tekrar servise alma çalışmaları uzayacak, zorlaşacaktır.

saptanması üzerine günümüzde çeşitli araştırmalar yapıl maktadır. Elektrik Enerjisi Araştırma Merkezi (EPRİ ), bu konuda çok geniş araştırmalar yürütmektedir. Bu araştırmalar, uzun dönem sistem dinamiği, değişen frekans ve gerilimler altında yüklerin dinamik özellikleri, sistem kararlılığı hakkında yeni çözüm yöntemleri, dü şük frekanslı salınımlar gibi birçok konuları kapsamakta dır. Bunlardan başka, acil çalışma durumunda sistem denetimi üzerine çeşitli araştırmalar desteklenmektedir.

OLAY LAR VE ÖĞRETİLERİ

Kesinti olaylarının ayrıntılı olarak incelenmesiyle, siste min olaydan önceki çalışma durumu, yapılan tasarım ve işletme hataları hakkında çok önemli bilgiler elde edile bilir. Bu bilgiler kullanılarak sistemin ilerde benzer türde kesintilere uğrama olasılığı büyük ölçüde azaltılabilir. Ekte verilen tipik kesinti olaylarında, bir sistemin ne ka dar çeşitli ve karmaşık nedenlerle açmalara uğrayabile ceği ve bunları önlemenin zorlukları açıklanmıştır. Bu açıklamalar EPRİ tarafından yürütülen "Uzun Dönem Sistem Dinamiği, Kesintilerin Nedenleri" adlı araştırma dan alınmıştır. Şekil 3'te sistemin başlatıcı bir olay ile normal durumun dan kesintiye doğru adım adım nasıl ilerlediği gösteril miştir.

Ba^latıcı olay

OPERATÖRLERİN EĞİTİMİ

Kesintiler konusunda giderek önemi artan bir diğer konu da sistem operatörlerinin eğitimidir. Operatör eğitiminin pratik yönleri ve standartları, günümüzde elektrik şirket leri arasında çok farklılıklar göstermektedir. Şirketler genellikle operatörler işbaşında eğitmekle, ayrıca çeşitli dış kurslara göndermektedirler. Sistem işletim sorunları nın ve denetim mekanizmalarının giderek karmaşıklaş ması karşısında, operatörlerin bilimsel, kapsamlı ve yo ğun eğitimlerden geçirilmeleri önem kazanmıştır. Opera törlerin özellikle işletme deneyimi ve yeteneklerini arttı rabilmek için, benzetişim tekniklerine dayalı eğitim yön temlerine gereksinim duyulmaktadır. Y akın gelecekte bu tür operatör eğitimi yöntemlerinin hızla gelişeceği ve yaygınlaşacağı açıktır.

DİĞER ETKENLER

Bir sistemin kesintilere yatkınlığını belirleyen diğer et kenler, bakım çalışmalarının sıklığı, santral ve kesici merkezlerinin tasarımı ve işletmesindeki deneyim düzeyi, kullanılan malzemenin kalitesi, zamanla yapısı ve işletim özellikleri değişen sisteme koruma aygıtlarının uyumu, testlerdeki titizlik düzeyi, tasarım çalışmalarında her tür lü işletme durumunun eksiksiz ve duyarlı olarak hesaba katılması, sistem operatörlerinin teknik eğitim düzeyleri, diğer politik ve ekonomik koşullar olarak sıralanabilir.

Sistemin kesintilere yatkınlığını belirleyen etkenlerin

Slstaad* Ur et la 1 ilk «t i* deng«3i bozulur.

Baaı hatlarda aaırı akışlar oluşur.

Hatlar açarı KOF» al ar olur v* sistaa bülgalar* ayrılır.

Vrtkana d a j l s i r veya Uratialsr atılır

Tundan kesintiler oluşur Şekil 3 Kesintiyle sonuçlanan olaylar dizisi. Dizideki her olay ot omat ik veya eMe denetlenen komut larla baş lar. Üret im t üket im dengesi >4ik atmalara rağmen sağla namamış ise tümden kesintiler oluşur.

ELEKTRtK MÜHENDİSLİĞI 28 7/288

Ekte verilen örnek olaylarda, sistemde geniş çapta kesin tilere yol açan işletim arızaları ve oluşan diğer zincirle me olaylar anlatılmaktadır.

Örneklerdeki olayların çoğunda kesintiler, sistem eleman larındaki bir arıza yerine, sistemin işletim sorunlarından kaynaklanmıştır. Buradan da, tüm sistem birimlerinin mükemmel çalışması sağlansa bile, kesintilerin tamamen ortadan kaldırılamayacağı sonucuna varılabilir. Sistemi oluşturan, santral denetimi, koruma röleleri, bilgi ileşimi ve gösterimi gibi her alt sistem, beklenmedik ve şiddetli elektriksel olaylar veya birtakım istenmeyen işletme ko fullarının biraraya gelmesiyle kesintiye yolaçabilirler. Bu alt sistemler genellikle çok sayıda giriş değişkenine sahip olduklarından, zor koşullar altında çalışma özellik lerinin önceden saptanması kolay değildir. Bunlar sap ta tı sa bile, sistemin her türlü işletim ve arıza koşulu karşısın da çalışma durumunu tasarım aşamasında incelemek, ço ğu zaman mümkün değildir. Bu alt sistemlerin istenen şekilde çalışmamaları halinde denetim sorumluluğu, bü yük ölçüde sistem operatörlerine kalmaktadır. Sistem operatörlerinin teknik bilgi, deneyim ve yetenekleri ise böyle durumlarda hızlı ve doğru karar verebilecekleri dü zeyde olmayabilir.

Sistemde oluşan şiddetli bir elektriksel olay, genellikle 60 Hz'lik senkron frekanstan önemli sapmalara yolaçar. Bu sapmalar daha sonra bazı üretim ünitelerinin veya yüklerin atılmasına, dolayısıyla sistemin üretim yük den gesinin bozulmasına neden olurlar. Bu dengede yüzre 12'lik bir bozulma, frekansta yaklaşık 1 Hz'lik bir deği şim yaratmaktadır. Frekansın tekrar 60 HZ'e getirilmesi, üretim birimlerinin servise alınması ve yük üretim denge sinin tekrar sağlanması ile, sistem tekrar normal durumu na getirilir.

ELEKTRİK ENERJİSİ SİSTEMLERİN GENEL YAPISI

Bir elektrik enerji sistemi üretim birimleri, iletim trafo merkezleri ve bunları bir ağ şeklinde birleştiren yüksek gerilim iletim hatlarından oluşur. Şekil 4. a ve 4. b'de bu birimlerin birleştirilme şekli ve sistemin işlevsel yapısı görülmektedir. Üretim birimleri genellikle buhar, gaz veya hidro türbinlerle çalıştırılan senkron üreteçlerden oluşur. Genellikle bir santralda birden fazla üretim birimi bulu nur. Bu santrallarda üretilen güç, yükseltici trafolar aracı lığıyla doğrudan iletim sistemine aktarılır.

İletim sistemi, çeşitli bölgelere enerji taşıyan peşpeşe bağlı alt sistemlerden oluşur. Farklı gerilim düzeylerinde çalışan bu alt sistemler, iletim trafo merkezleriyle birbir lerine bağlıdır. Her alt sistem, kendisine bağlı bir önceki alt sistemin yaklaşık iki katı veya yarısı gerilime ve dört misli veya dörtte biri taşıma kapasitesine sahiptir. Üre tim üniteleri ve trafo merkezleri genel olarak orta ve yük sek gerilim alt sistemlerine bağlanmaktadır. Günümüzde, yeni ve büyük üretim birimleri çoğunlukla yüksek gerilim alt sistemine bağlanmaktadır. İletim sistemi aynı zaman da, komşu sistemlerle bağlantıyı ve enerji alışverişini sağlamaktadır. Dağıtım sistemleri genelde iletim sistemlerine benzemek

te, fakat daha küçük yerel bölgeleri beslemektedir. Dağı tım sistemleri enerjilerini iletim sistemlerinden almakta dırlar. Ağ yapısındaki yüksek gerilim dağıtım sistemlerin de gerilim düzeyi, birden fazla trafo merkezi tarafından peşpeşe düşürülmektedir. Daha düşük gerilimlerde besle me, radyal sistemlerle gerçekleştirilmektedir. Böyle sis temlerde gerilim, tüketici düzeyine iki kademede düşürül mektedir. Kesici merkezlerindeki kesicilerin farklı durum larda açılıp kapanmalarıyla, radyal sistemlerin çeşitli şe killerde beslenebil meleri mümkün olmaktadır. Büyük yer leşim merkezlerinin beslenmelerinde, gerilimin iletim sis temlerinden tüketicilere sadece bir kademede indirilmesi de yaygın bir uygulama haline gelmektedir.

Bir enerji sisteminin birçok üretim birimlerinden ve çeşit li gerilim düzeylerinde çalışan iletim ve dağıtım alt sis temlerinden oluşması, tüketicilere daha kesintisiz bir ser vis olanağı sağlamaktadır. Bu şekilde tasarımlanan bir sistem, hat açmalarına karşı daha güvenli olarak işletile bilme ktedir.

Sistem denetimi ve otomasyonu, sistemin işletim yapısı na benzer bir şekilde, kademeler halinde gerçekleştiril mektedir. Şekil 4. c'de gösterilen bu denetim ve otomas yon kademeleri, enerji sistemi üzerinde ikinci bir ağ oluş turmaktadır. Bu ağ, sistemdeki çeşitli üretim, kesici ve denetim merkezleri arasındaki bilgi ve komut iletişimini sağlamaktadır.

Sistem operatörlerinin temel işlevleri, sistem üretim tüke tim dengesinin denetimi, çalışma koşullarının ve sistem güvenliğinin izlenmesi, istenen kalitede ve miktarda ener jinin sağlanabilmesi için denetlenebilir değişkenlerin sü rekli ayarlanması gibi çalışmaları kapsamaktadır. İşlevle rinin gereği olarak operatörler, sistemin çeşitli düzeydeki sorunlarını çözen vazgeçilmez unsurlardır. Sistem opera törleri özellikle, sistemin anormal çalışma durumlarında gerekli düzeltim stratejilerini saptayarak, sistemi en kısa zamanda tekrar normal ve güvenli çalışma durumuna ge çirmek üzere eğitilmişlerdir. Operatörler, bu düzeltim kararlarını sistemin çeşitli noktalarından toplanan bilgi lere ve merkezdeki bilgisayarlarda yapılan sistem çözüm leme sonuçlarına dayanarak vermektedirler.

Sistem operatörlerinin bir başka önemli işlevi de, gerek tiğinde, bilgisayarlı denetim sistemlerinin destekleyici ele manı olarak çalışmaktır. Elektrik enerji hizmetleri günün 24 saatında ve yılın 365 gününde sürekli ve kesintisiz ola rak yürütülmek zorundadır. Bilgisayarlı denetim sistemle ri ise muntazam ve titiz bakım gerektiren, oldukça kar maşık yapıda, çabuk bozulabilen birimlerden oluşmakta dır. Bu sistemlerin beklenmedik anlarda arızalanması du rumunda, sistem operatörleri denetim sorumluluğunu tü müyle veya kısmen üzerlerine alabilirler. Böyle anlarda operatörlerin, sistemin birtakım asgari denetim fonksi yonlarını yürütebilmeleri ve işletim güvenliğini sağlaya bilmeleri, teknik eğitim düzeylerine ve yeteneklerine bağlıdır.

Komşu Sistemlere Ba*;! fent il ar

O — | — I Üretim Birimi

Şekil 4 ? — Sistemin tek hat şeması

Yük bareaı Eağıtım sisteki

İletim Sistemi

Komşu siateflere bağlantılar

Büyük endüstriyel yüKİer

O

Dağıtım sistemi

Trafolar

II

Şekil 4 b Sistemin işlevsel yapısı

Bol^elare Bölgesel Koordinasyon Merkezi

T

Hjer Al ani ?x a

Alan Denetim Merkezi

Sistemlere

Si3tea İşletim Merkezi

Ci>er Sistemlere

Dağıtım Şist. İşletme ilef kezi

İleti» Siat. İşletme

üretim

bezleri

Dağıtım Merkezleri

tîretia Birimleri

Şekil 4 c Sistem otomasyonu ve denetim kademeleri

3irı:nl*rı

ir,;

BAZI TİPİK KESİNTİ OLAY LARI

Olay 1 : 345 kV'luk paralel hatlardan birisi olay anında bakım için servis dışına alınmıştır. Aşırı yüklenme nede niyle yumuşayan diğer hat çevredeki bir ağaca dokuna rak kısa devre oldu. Kısa devre sürdüğü için, kesicilerin otomatik açma kapamaları yararlı olmadı.

Kısa devre ve açma kapamalardan kaynaklanan salınım lar, civardaki bir hidrolik üretim biriminin giriş denetim musluğunun kapanmasına yolaçtı. Kısa devreden 20 sa niye sonra bu birim devre dışı oldu ve sistemde 510 MW üretim kaybı oluştu. Aşırı yüklenmeler, başka zincirleme kısa devreler ve bazı aygıtların yanlış çalışmaları nedeniy le, açmalara ve kopmalara uğrayan sistem, sonunda beş bölgeye bölünürek toplam 1650 M W yük kaybetti. Uygu lanan düzeltim komutlarıyla bunun % 9O'ı, olaydan 30 dakika sonra tekrar servise alındı. Bu olay sonucunda, otomatik yük atmanın, kesintilerin tüm sisteme yayılma sını önlediği anlaşıldı.

Olay 2 : Sistem olay anında komşu bir sisteme enerji sağ lamaktaydı. 230 kV'luk hatların bazıları montaj çalışma ları nedeniyle sisteme geçici olarak bağlanmıştı. Bu hat lardaki aşırı gürültüten dolayı, koruma rölelerine bağlı mikro dalga iletişim kanallarının rotaları değiştirilmişti. Mikrodalga sistemlerinde yapılan bir tasarım hatası sonu cu oluşan yanlış bir açma sinyali ile, üç tane 230 kV'luk hat aynı anda açtı. 1,5 saniye sonra yine yanlış sinyal gelmesi sonucu, üç tane 230 kV'luk hat daha devre dışı oldu. Açmaları izleyen 3 saniye içinde, biri hariç tüm hatlar kesicilerin otomatik kapaması ile tekrar devreye girdiler, fakat 1,5 saniye sonra tekrar bir yanlış sinyal ile hatlar tekrar tümüyle devre dışı oldular.

Hatların tekrar kapatılarak servise alınamaması sonucun da, komşu sisteme verilen enerji,geriye kalan 230 kV'luk bir tek hat üzerinden akmaya başladı. Aşırı yüklenmeler nedeniyle, bu hattın ters zaman aşırı akım rölesi hattı kısa bir süre sonra açtı ve iki sistem birbirlerinden tama men ayrıldılar. Üretimin, tüketimden % 30 daha fazla ol ması nedeniyle, sistem frekansı aniden 62,5 Hz'e yüksel di. Bu anda, santrallardaki hız denetleyicilerinin aynı ça buklukla türbin giriş musluklarını açamayışları sonucu, frekans tekrar 59 Hz'e düştü.dikkatsizce yapılan bir ke sici açma hareketiyle üretim birimlerinden birisi devre dışı oldu. Frekansın hızla düşmesi, otomatik yük atma rölelerini uyardı ve yük atılması sonucu frekans tekrar 62,2 Hz'e çıktı. Diğer zincirleme açmalarla, frekans 58,7 Hz'e düştü ve sonunda 60,8 Hz'te durgunlaştı. Frekans taki bu şiddetli salınımlar boyunca, sistemden toplam % 40 oranında yük kaybedildi. Salınımların santral güç çıkışlarına yansıması sonucu, kömür tozlaştırma birimle ri devre dışı oldu ve düzeltilmesi zaman alan birtakım küçük arızalar ortaya çıktı. İki sistem 4 dakika içinde birbirlerine tekrar bağlandı ve yüklerin önemli bir kısmı 40 dakika içinde tekrar servise alındı.

Olay 3 : Bu örnekteki enerji sistemi, çevresine zayıf hat larla bağlıdır ve normal şartlarda bağımsız olarak çalış

maktadır. Kaynatma kazanındaki bir arıza nedeniyle, bir üretim birimi devre dışı oldu. 345/138 kV'luk bir ototra fonun açmasıyla bir başka üretim birimin çıkışı da 450 MVV'tan 10 MVV'a düştü Şu olayların sistem üzerin deki etkileri, bir miktar döner yedek kaybedilmesi dışın da fazla hissedilmedi.

Kesintiye yol açan olaylar dizisi, iletim sistemindeki bir toprak hattına bir uçağın çarpmasıyla başladı. Bu hattın fazlarının kısa devre olmasıyla, beş tane 138 kV ve iki tane de 69 kV'luk hat devre dışı oldu. İletim sistemlerin deki bu zayıflama 160 MVV'lık bir yükün atılmasına yol açtı. Olayların ardından frekans, küçük bir değişimle 59,98 Hz'ten 60,2 Hz'e çıktı. Sistem bir süre için denge ye ulaşmış gibi göründü, fakat 138 kV'luk hatların aşırı yüklenmesi nedeniyle, sekiz dakika sonra 138/356 kV'luk bir trafo, ardından da toplam 1478 M W üreten birimler devre dışı oldular. Frekans önce 59,44 Hz'e düştü, daha sonra da 59,76 Hz'e ulaştı. İki dakika sonra, yüklenen iki üretim ünitesindeki hız denetleyicilerinin etkisiyle frekans tekrar 59,68 Hz'e indi. Bu ünitelerden birinin üretimi, buhar basıncının yaratacağı sorunları önlemek için elle denetlenerek düşürüldü. Çalışma limitlerinin üzerine çı kan diğer birim için de aynı işlem tekrarlandı ve sistem deki açma ve yük atmalar durduruldu. Yaklaşık 13 daki ka sonra sistem tekrar normal durumuna getirildi.

Olay 4 : Bu örnekteki sistem ABD'nin batı bölgesini bes lemektedir. 230 kV'luk hattın bir kısmı servis dışı edilir ken, koruyucu atlama çubuklarında oluşan bir atlamayla hat toprağa kısa devre oldu. Bu kısa devre sonucunda sis temin kuzeybatı ve güneybatı bölgelerini birleştiren DC iletim hattı devre dışı oldu. AC sistemdeki seri kondansa törlerin otomatik olarak devreye girmesine rağmen, mey dana gelen ani ve aşırı akımlar, kuzeybatı ve güneybatı arasındaki 500 kV'luk AC hatların kopmasına yolaçtı.

Kuzeybatı merkezindeki üretim birimlerinin açma meka nizmalarındaki bir arıza nedeniyle, gerektiğinden 600 MW daha az bir üretim atılabildi. Yine aynı şekilde, bir kesici merkezindeki arıza nedeniyle, kesiciler planlandığı şekil de açmadılar ve koparma işlemi güç artış hızı yedek rö lesi tarafından gerçekleştirildi.

Kopmalar sonucunda sistemin batı kısmında üç bağımsız bölge meydana geldi. Kuzeybatı kısmında, üretimin yük ten fazla olması nedeniyle frekans 61,25 Hz'e yükseldi. Yüksek frekanstan dolayı sistemde büyük genlikte geri lim salınımları ortaya çıktı ve sonunda Vancouver'i bes leyen yüksek gerilim DC bağlantısı açtı. Bu açma sonu cunda kuzeybatı bölgesinden 475 MVV yük kaybedildi.

Üretimin tüketimden daha az olduğu güneybatı bölgesin de frekans 59 Hz'e düştü ve otomatik olarak 650 MVV yük atıldı. Doğu bölgesinde de, toplam olarak 140 MVV yük kaybedildi.

Olay 5 : Örnek 4'teki sistemin kuzeybatı güneybatı ara sındaki AC ve DC hatları bu kez aşırı derecede yüklen

15Ş.

dişlerdi. Rölelerden yanlış bir sinyal gelmesiyle 500 kV'luk paralel AC hatları açtı. DC hat serviste kaka Ku zeybatı merkezindeki üretim atma mekanizmaları, iki rö lenin yanlış bağlanmasından dolayı çalışmadı. Aynı ne denle, bir başka merkezdeki kesiciler de otomatik olarak açmadılar ve kopma işlem, güç artış hızı yedek rölesi tarafından gerçekleştirildi.

Diğer zincirleme açmalar sonucunda sistem, komşu sis temlerden koparak üçe bölündü kuzeybatı bölgesinde üretimin yükleri fazla olması nedeniyle, frekans 61,75 Hz'e yükseldi ve sistemde büyük genlikte gerilim salınım ları oluştu. Üretimin az olduğu Güneybatı bölgesinde frekans 59,4 Hz'e düştü Doğu bölgesinde ise frekans, 59,8 ile 60,13 Hz arasında salmımlardan sonra 60,3 Hz'de dengelendi.

Olay 6 : Şiddetli fırtına ve yıldırım düşmeleri olmasına rağmen sistemde bir açma olayı yoktu. Bir vinç kolu ani den 138 kV'luk iletim hattına çarparak kısa devre yarat tı. Hat, koruma rölelerinin normal olarak çalışmasıyla açtı, fakat sistem operatörü denetim panosundakı yan lış bir gösterime dayanarak hattı elle tekrar kapattı. Vinç kolunun hattın üzerinde durması, yani kısa devrenin de vam etmesi nedeniyle, kesiciler üç defa açma kapama iş lemini tekrarlayarak açık durumda kilitlendiler.

Tekrarlanan kısa devre olaylarının şiddet ve süresi nede niyle 750 MVV'lık iki üretim ünitesinin röleleri açtı. Bu ünitelerin devre dışı olmasıyla, sistemin üretim yük den gesi bozularak salınımlar başladı. Salınımlar sonucu sis tem diğer komşu sistemlerden ayrıldı, frekansın 58,2 Hz'e düşmesiyle 2000 MVV'ın üzerinde yük atıldı. Yük atılması sonucunda frekans ilk anda 62 Hz'e yükseldi ve beş daki ka süreyle 60 Hz'in üzerinde kaldı. Frekans yüksekliği nedeniyle altı üretim biriminin daha röleleri açtı.

Bu anda sistem komşu sistemlere tekrar bağlanmaya ça lışıldı, fakat senkronlama sorunları nedeniyle tekrar iki bölgeye ayrıldı. Bölgelerin birisinde frekans 62,2 Hz'e çıktı, diğerinde ise 50 Hz'e düştü. Bu iki bölge iki dakika sonra tekrar komşu sistemlere bağlandı, fakat bir dakika içinde başka bir üretim birimde frekans salınımları başla dı ve sistem tekrar koptu. Oluşan bu yeni bölgede frekans, 58,95 Hz'e düştü. Peşpeşe uygulanan denetim komutla rıyla, yeni bölgedeki üretim tüketim dengesi tekrar sağ landı ve ana sisteme bağlandı. İlk olaydan 25 dakika son ra tüm sistem tekrar normal çalışma durumuna geçti.

özet olarak, üretim ve tüketim dengesinde ani bir bozul ma, frekansta ani salınımlara,daha sonra da üretim birim lerinin devre dışı olmalarına yol açmaktadır. Kesicilerin açmalarıyla sistem, birbirinden bağımsız çalışan elektrik sel bölgelere ayrışmaktadır. Sistem operatörleri oluşan bu bölgeleri tekrar birleştirirken, üretim tüketim denge sini korumaya çalışmaktadırlar.