ÇEŞİTLİ EKLATÖRLERLE ORTA GERİLİM TESİSLERİNİN AŞIRI GERİLMELERE KARŞI KORUNMASI

ÇEŞİTLİ EKLATÖRLERLE ORTA GERİLİM TESİSLERİNİN AŞIRI GERİLİMLERE KARŞI KORUNMASI UĞUR ÜNVER

UDK: 621.316.933

ÖZET

Orta gerilim (1 35 kV) tesislerinin atmosferik ya da dahili aşırı gerilimlere karşı korunması bazı sakıncalarına rağmen en ekonomik ve en basit bir şekilde eklatörlerle sağlanabilir. Eklatörlerle sağlanan korumaya etkiyen etkenler içinde en önem lilerinden biri de eklatör elektrotlarının geomet rik biçimleridir.

Bu yazıda, çeşitli elektrot biçimlerine sahip ek latörler içinde belirli bir işletme geriliminde ça lışan bir yüksek gerilim aygıtını aşırı gerilimle re karşı en iyi şekilde koruyan eklatör tipi deney sel araştırmalarla saptanmaya çalışılmıştır. Yapı lan araştırmalarda, çeşitli boyut ve biçimlerde 22 çift elektrot gittikçe artan atlama uzaklıklarında darbe (vurum) gerilimi altındaki davranışı ince lenerek atlama karakteristiği elde edilmiştir. Bu karakteristikler birbirleriyle koruma yönünden kar şılaştırılarak verilen bir işletme geriliminde en iyi korumayı sağlayan elektrot çifti bulunmuştur.

SUMMARY

Prctection of medium voltage (1 35 kV) electrical installations against atmospheric or internal over voltages can be provided by spark gaps in a simp lest and cheapest way in spite of some disadvanta ges. One of the most important factors affecting the protection provided by spark gaps is the spark gap geometry.

in this paper, among various spark gap electrodes the optimum pair which provides the best protection for a given apparatus operating at a given system voltage has been tried to be determined by experi mental investigations. in these experiments, 22 electrode pairs with different dimensions and sha pes have been subjected to impulse voltages at increasing gap spacings. Later, flashover charac teristics have been obtaineö by examinir.g the per formance of each one of these electrode pairs ur. der impulse voltage tests. The electrode pair wt.ich provides the best protection at a given voltage le vel is determined by comparing these characteris tics with one another from protection point cf view.

1. GÎRÎŞ

Elektrik tesisleri zaman zaman özellikle yıldırım ların yol açtığı aşırı gerilimlerle karşılaşırlar. Bunun sonucu olarak, işletmede bulunan elektrik ay gıtında ciddi hasarlar ya da atlamalar meydana ge lebilir. Tesislerin aşırı gerilimlerden zarar gör memeleri ve korunabilmeleri için genellikle para fudr, genleşme tübü ve eklatör adı verilen koruyu cu düzenler kullanılır. Bunlar, korunacak aygıtın terminalleri arasında meydana gelecek herhangi bir aşırı gerilimi sınırlayarak zararsız hale getirir ler. Bu tertipleri kullanırken bunların atlama ka rakteristikleri (impulse flashover characteristics) ile korunacak aygıtın darbe yalıtkanlık seviyeleri aşağıda açıklanacağı gibi göz önünde bulundurulma İldir.

1.2 Yalıtkanlık Koordinasyonu

Yalıtkanlık koordinasyonu, korunacak elektrik aygı tının darbe yalıtkanlık seviyesi ile kullanılan ko ruyucu düzen koruma seviyesi (sınırladığı darbe ge rilim seviyesi) arasında aygıt yalıtkanlığını aşırı gerilimlerden korumak üzere karşılıklı bir münase bet kurmaktır. Bu münasebete görl, kullanılacak o lan koruyucu tertibin koruma seviyesi, korunacak aygıtın darbe yalıtkanlık seviyesinden daha düşük olmalıdır. Bu esasa dayanarak, bir trafo istasyo nunda transformatörlerin, kesicilerin, bara mesnet izolatörlerinin ve diğer aygıtların darbe yalıtkan lık seviyeleri kullanılacak olan koruyucu düzenle rin koruma seviyelerinden daima daha yüksek seçil melidir.

Muhtelif işletme gerilimlerinde çalışan elektrik aygıtının darbe yalıtkanlık seviyeleri bugün stan dartlaştırılmış bulunmakta ve esas yalıtkanlık se viyesi (BİL) değerleri olarak anılmaktadır. Herhan gi bir yalıtkanlık koordinasyonunda, korunacak ay gıtın darbe yalıtkanlık seviyesi olarak BİL değer leri esas alınır.

Genellikle korunacak olan bir elektrik aygıtının yalıtkanlık seviyesi ile kullanılacak olan koruyu cu düzenin koruma seviyesi arasında 4 ek il l'de gö rüldüğü gibi belirli bir koruma aralığı bırakılır.

Vcrur Un ver, TEK

korunacak cihazın darbe izolasyon seviyesi (BİL)

koruyucu t ert ibin koruma seviyesi (PL)

mikrosaniye

Şekil 1. Korunacak aygıtın darbe yalıtkanlık seviyesi (BİL) ile kullanılacak olan koruyucu tertibin koruma seviyesi ara sındaki bağıntı

Koruma aralığı pratikte yüzde olarak aşağıdaki şe kilde tanımlanabilir.

PM = [(BIL/PL) l] 100

Burada,

PM = Koruma aralığı BİL = Korunacak aygıtın esas yalıtkanlık sevi yesi PL = Koruma tertibinin koruma seviyesi

Yukarıdaki (BIL/PL) ifadesi koruma oranı diye tanım lanabilir. Minimum koruma oranı, darbe gerilimleri için 1,20 ; manevra gerilimleri için ise 1,15 olma lıdır. Bu oranlar sırasıyla % 20 ve Z 15'lik koruma aralıkları sağlarlar. Ancak, bu değerler aygıt ve koruyucu tertipler arasında doğrudan doğruya bağlan tıları yapılmış olduğundan geçerlidir.

2. EKLATÖRLER

2.1 Genel

Salt aygıtlarının aşırı gerilimlere karşı korunma sı, koruyucu düzenler arasında en basit ve en ucuz olarak eklatörlerle sağlanabilir. Eklatör, biri enerjili diğeri topraklı elektrotla, bunlar arasındaki açık havadan meydana gelen belir li bir elektrot açıklığından ibaret bir tertiptir. Pratikte, aşırı gerilimlere karşı elektrik tesisle rinde kullanılan eklatörler uygun kesit ve biçimler de metal çubuklu elektrotlardan meydana gelir ve ark boynuzu adını alırlar.

2.2 Eklatörlerin Pratikteki Uygulaması

Eklatörler, aşırı gerilimden korunması istenen ay gıta paralel olarak ve aygıttan belli bir mesafeye ya da aygıtın buşingleri üzerine yerleştirilirler. Elektrot açıklığını ayarlayarak elektrotlar arası hava aralığının delinme gerilimi belirli bir seviye ye getirilir. Bu seviye eklatörün koruma seviyesini belirler. Elektrot açıklığı öyle ayarlanmalıdır ki, en yüksek şebeke geriliminde eklatörde herhangi bir atlama olmamalı fakat, bu gerilimin hemen belirli bir aralıktan sonra her değerde elektrot açıklığın da atlama meydana gelmelidir.

Şekil 2. Pratikte kullanılan bazı eklatörlerle elektrik aygıtının korunması

En yüksek şebeke [erilimi kV (rna)

12 17,5 24 52 72,5 100

75 95 125 250 325 450 650 750 »0 1050

d ( m)

130 150

Tablo 1. En yüksek şebeke gerilimine göre Şekil 2 (a) daki elektrot açıklı ğının ve elektrot aygıt arası u zaklıklarm değişimi

kV (ro»)

135 42 16

900 1050

108 128

245 80 30 245 80 30

Tablo 2. En yüksek şebeke gerilimine göre Şekil 2 (b) deki elektrot açıklı ğının ve elektrot aygıt arası u zaklıkların değişimi

En yüksek (ebette gerilimi kV ( m . )

2r e

156 44

156 44 50

35 350

Tablo 3. En yüksek şebeke gerilimine göre Şekil 2 (c) deki elektrot açıklı ğının ve elektrot aygıt arası u zaklıkların değişimi

Şekil 2'de halen kullanılmakta olan muhtelif ekla törler gösterilmiştir. Şekildeki eklatörlerin boyut ları, mesnet yerlerine olan uzaklıkları ve en yüksek şebeke geriliminin değerine göre değişen elektrot a çıklıklarına ilişkin tablolarda verilmiştir (Tablo 1, 2, 3 ve 4 ) .

Eklatörler enerji iletim hatları boyunca kullanılan izolatörlerin korunmasında da kullanılabilir. Enerji hatları zaman zaman yıldırımlardan hasar görüp uzun süre servis dışı kalabilmektedir. Halbuki bir hattı değiştirmek oldukça masraflı ve külfetli olduğundan ark boynuzları ve dairesel ark çemberleri eklatör tertipleri olarak enerji iletim hatlarında kullanıl maktadır. Şekil 3'de görüldüğü üzere bunlar izola törlere paralel olarak yerleştirilirler. Dairesel ark çemberleri ark boynuzlarına göre daha düzgün bir alan dağılımı sağladıklarından daha az korona ya yol açarlar. Buna karşılık, izolatörler üzerine yerleştirilmeleri güçtür.

kV (rms) 17,5 24 36

95 125 170

h 2r e

20 15.5 5

Tablo 4. En yüksek şebeke gerilimine göre Şekil 2 (d) deki elektrot açıklı ğının ve elektrot aygıt arası u zaklıkların değişimi

Şekil 3. Enerji nakil hattı izolatörlerinin korunması a) Ark boynuzları ile b) Dairesel ark çemberleri ile

2.3 Eklatörlerle Korumada Dikkat Edilecek Noktalar

Orta seviyede yıldırım düşen (izokronik seviyesi 10 15 arasında olan) bölgelerde ve manevra aşırı gerilimlerinin yüksek olmadığı yerlerde eklatörler le koruma tatminkâr kabul edilmiştir. Eğer bir sis temde eklatörlerin varlığı devrede açma kapama (tripping closing) sayısını artırıyorsa bu taktir de eklatörler bu sistemde kullanışlı değildirler demektir. Çünkü, sistem kararlı bir durum göste rememektedir.

liği 50 kV/us den daha düşük olan dalgalara karşı etkili olabilmektedir. Dolayısıyla, değişken direnç li parafudr, dalga cephesi dik olan aşırı gerilimle re karşı eklatöre göre daha etkili bir koruma sağla yabilmektedir.

2.4 Elektrot Açıklığının Ayarlanması

Elektrik aygıtının korunmasında kullanılacak eklatö rün elektrot açıklığı belirli bir koruma seviyesini sağlayacak şekilde ayarlanır. Bu amaçla aşağıdaki sıra izlenmelidir:

Koruma yönünden eklatörlerin iki önemli sakıncası vardır :

Birincisi; herhangi bir aşırı gerilim olduğunda ek latör, aşırı gerilimi sınırlamak üzere atlama yap tıktan sonra devre enerjisini kesemediğinden deşarj dan hemen sonra şebeke geriliminin etkisiyle meydana gelen art akımının (follov current) kesilmesi ola naksızdır. Bu yüzden, elektrot açıklığında meydana gelen deşarjın temizlenebilmesi için eklatörün her atlama yapışında devre enerjisinin sistem kesicile ri tarafından kesilmesi gerekir. Eklatör atlama yap tığı zaman elektrotlar arasında deşarj meydana ge lir gelmez kesiciler faz toprak arızası varmışcası na çalışarak devre enerjisini keserler.

ikincisi; eklatörün darbe atlama karakteristiğinden de görülebileceği üzere, dalga cephesi dik olan aşı rı gerilim dalgalarına karşı eklatör, elektrik aygı tının yalıtkanlığını aşırı gerilimlere karşı koruya maz.

1. Esas yalıtkanlık seviyelerini gösteren Tablo 5' ten yararlanarak korunacak aygıtın BİL değeri sap tanır. 2. Aygıtın BİL değeri ile eklatörün % 100 darbe atla ma gerilimi Ü£ arasında koruma oranı olarak minimum 1,25 değeri seçilir. Böylece, (BIL/U^ » 1,25 olur. Koruma iletkenleri (shielding wires) yardımıyla tra

(tepe)

A .Atlama

V

^ •/. 100 at lama eğrisi

*~ Kritik atlama eğrisi

Yukarıdaki iki nedenden ötürü eklatörler genellikle enerji kesilmesine katlanılabilen devrelerde ya da çok hızlı tekrar kapamalı otomatik kesiciler yardı mıyla enerji kesilmesinin giderilebileceği sistem lerde kullanılabilir.

mıkrösaniye

Şekil 4. Bir eklatörün darbe geriliminin dağılımı

Bir eklatörün darbe atlama gerilimi parafudrunki kadar belirli değildir. Bir başka deyimle, eklatör le sağlanan koruma seviyesi kesinlikle belirtilemez. Bunu etkileyen etkenler şunlardır:

1. Eklatörde atlama, aşırı gerilim dalgasının cephe sinde meydana gelirse, dalga cephesi ne kadar dikse atlama gerilimi de o derecede yüksek olur.

2. Eklatörün geometrik biçimi atlama gerilimini et kiler.

3. Aynı elektrot açıklıklarında atlama gerilimleri bir dağılım (dispersion) göstermektedir. Bu dağılım, Şekil 4'de taralı olarak gösterilmiştir.

Doljo c.ph. dikliji 400 200

•s

40 kV'luk transformatör

Şekil 5 'de, 40 kV luk bir transformatörü korumak a macıyla kullanılan bir eklatörün sağladığı koruma, değişken dirençli DELLE PZ 8 tipi bir parafudrun sağladığı koruma ile karşılaştırılmıştır. Şekilde görüldüğü üzere, transformatöre gelen aşırı gerilim dalgasının cephe dikliği ne kadar dik olursa olsun (şekilde maksimum 400 kV/ys) parafudr transformatö rü korumaktadır. Halbuki eklatör, sadece cephe dik

3 Ii t

Atlama zamanı (usn)

Şekil 5. Bir eklatör ile değişken dirençli PZ 8 tipi bir parafudrun 40 kV luk bir transformatörü korumaları

Nominal şe beke gerili mi (fazlar arası)

(Efikas değer)

(fazlar arası) (Efikas değer)

Aygıt yalıtkanlığı için standart darbe dayanma gerilimi (BİL)

Koruyucu tertipler için standart darbe koruma seviyeleri

Tam yalıtma (Tepe değeri)

Azaltılmış Tam yalıtma

yalıtma (Tepe (Tepe değeri)

değeri) kV

Azaltılmış yalıtma (Tepe değeri) kV

3,3 6,6 11 15 22 33 47 66 88 110 132

3,6 7,2 12

17,5

24 36 52

72,5

100 123 145

45 60 75 95 125 170 250 325 450 550 650

1175 1050

1675 1550 1425 1300

— — — — — — — 306 330

415 330

450 415

660 bl2 565

925 825 660

1140 1100 1020

Tablo 5. Standart darbe gerilimleri (BİL) ve bunlara tekabül eden standart darbe koruna seviyeleri

fo merkezleri üzerinde belirli bir uzaklığa kadar uy gun bir koruma alanı sağlanabilirse, ya da sistemde çok dik cepheli dalgaların meydana gelmesini önleye cek koruyucu tertiplerin bulunması halinde, bu oranın genellikle yeterli bir koruma sağladığı kabul edil miştir. % 100 darbe atlama gerilimi U^ nin değeri ( B I L / U I ) = 1,25 eşitliğinden bulunabilir.

3. Madde 2'de bulunan % 100 darbe atlama gerilimi, U^ ye tekabül eden elektrot açıklığı deneysel % 100 darbe atlama eğrilerinden yararlanarak bulunabilir.

Elektrot açıklığının ayarlanması bir dereceye kadar deneyime dayanır. Önce düşük bir esas yalıtkanlık seviyesi seçilip buna tekabül eden elektrot açıklı ğı bulunur. Daha sonra, gerekirse bu açıklık yeter li koruma sağlayan sınırlar içinde artırılabilir.

3. ÇEŞİTLİ EKLATÖRLER ÜZERÎNDE KORUMA YÖNÜNDEN YAPILAN ARAŞTIRMALAR

3.1 Genel Bir eklatörün atlama gerilimini etkileyen etkenler

içinde en önemlisi eklatörün geome,trik biçimidir. Elektrotun biçimi, elektrot açıklığındaki alan da ğılımını ve dolayısıyla eklatörün koruma seviyesini büyük ölçüde etkiler. Bu bakımdan, işletmede çalı şan bir aygıtı en iyi kpruyan eklatörün geometrik biçimi nasıl olmalıdır Sorusuna cevap bulabilmek a macıyla muhtelif geometrik biçimlerdeki elektrot çiftleri değişik polariteli darbe gerilimlerine ta bi tutularak değişen elektrot açıklıklarında sınan mışlardır. Bu sınamalarla elde edilen darbe atlama karakteristikleri yardımıyla bir sonuca varılmaya çalışılmıştır.

3.2 Eklatörler Üzerinde Yapılan Testler

Eklatörler teker teker pozitif ve negatif polariteli 1/50 darbe dalgalarına tabi tutularak sınanmışlardır. Bu amaçla düşey olarak ve biri topraklı diğeri ener jili olmak üzere yerleştirilen elektrotların arasın daki açıklık uzaktan kumandalı bir motor aracılığıy le 1 cm1den başlayarak 10 12 cm1ye kadar artırılmış tır Her elektrot açıklığında atlama gerilimleri öl çülmüş ve elektrot açıklıklarının bir işlevi olarak darbe atlama karakteristikleri elde edilmiştir.

135 Elektrik Mühendisliği 219

fti

Eklatör düzeni

Küre Küre

OII«>«.

Çubuk Çu b u k

Küre Bruce Gül»!

K üre Bruce

TT

Küre Disk

"±

K ü r e Disk rtr*

8 ıso

Küre Çubuk

Küre Çubuk [flfeo »o

Çubuk Çubuk

I»

g'00

" U f.*1122

Bruce Bruce fFT

Bruce profilli elektrotlar 13

1.

Tabio 6. Teste tabi tutulan eJcJatörier

A

kült : >

Halka Disk 19

Halka Disk 20

Disk Disk 21

Disk Disk 22

3.2.1 Teste Tabi Tutulan Eklatörler

Koruma seviyelerinin belirlenmesi amacıyla darbe

testi uygulanan eklatörler Tablo 6'da gösterilmiş

tir. Tabloda her eklatöre bir numara verilmiş ve i

lerde ilgili eklatörün darbe atlama karakteristiği

bu numara ile tanımlanmıştır.

••

Darbe testi uygulanan eklatörler arasında Bruce ta rafından kullanılan düzgün alanlı elektrotlar da (Tablo 6'da 12 sayılı eklatör) bir eklatör düzeni olarak koruma yönünden incelenmiştir.

Bruce elektrotlarının bir adaptasyonu olarak daire sel ve dikdörtgen kesitli çubuklar bükülmek suretiy le küçük ve büyük boyutlu Bruce profilli elektrot çiftleri elde edilmiş (Tablo 2'de 13, 14, 15 ve 16 sayılı eklatörler) ve eklatör tertipleri olarak tes te tabi tutulmuşlardır.

3.3 Eklatörlerin Darbe Atlama Gerilimleri

Her eklatörün değişik elektrot açıklıklarında kri

tik ve % 100 olmak üzere iki önemli atlama geri limi değerleri ölçülmüştür. Bu gerilimler Şekil 6'da görülmektedir.

_ 100

•/dOO atlama gerilimi, V,—

'8

kritik atlama i o gerilimi, VQ

J AV

(atlama toleransı)

atlama gertlimr (kV)

Şekil 6. Sabit bir elektrot açıklığında atlama geriliminin değişimi

^ •100

Şekil 7. Bir eklatörün __

di elektrot

açıklığmdaki

Zİ

atlama toleransı •

7» 100 atlama eğrisi

—• kritik atlama eğrisi atlama toleransı ( AV)

elektrot açıklığı (cm)

4—i f 4 4

30 40

50 60

100 HO 1 2 0 1 3 0

k o r u m a seviyesi , V,00 ( k » )

Şekil 8. Değişik koruma seviyelerinde çeşitli eklatörler in atlama toleranslarının deyişimi

Elektrik Mühtndisliöi 21

Kritik atlama gerilimi, eklatörün en yüksek darbe dayanım geriliminin tepe değeridir. Bu gerilimin altında atlama olasılığı sıfırdır. % 100 atlama ge rilimi ise arka arkaya uygulanan beş darbe gerili minin her birinde eklatörde atlama meydana getiren minimum gerilimin tepe değeridir. Her eklatör deği şik elektrot açıklıklarında farklı kritik ve % 100 atlama gerilimlerine sahiptir.

3.3.1 Atmosferik Şartların Atlama Gerilimine Etkisi

Eklatörün atlama gerilimi basınçla doğru, sıcaklıkla ters orantılı olarak değişir. Bu değişim, göreli ha va yoğunluğuyla doğru orantılıdır. Göreli hava yo ğunluğu 6=0,386 P/(273+t) olarak verilir. Burada,

6 = göreli hava yoğunluğunu, P = ölçme anındaki hava basıncını (mm Hg), t = ölçme anındaki ortam sıcaklığını (°C) gösterir.

6 göreli hava yoğunluğunda, bir eklatörün V atlama geriliminin değeri, standart atmosferik şartlarda V'ye tekabül eden V gerilimi türünden şu şekilde tanımlanabilir: V=KV_ .

Burada K, 6 ya bağlı bir düzeltme çarpanı olup 6; 0,95 1,05 değerlerine eşit olduğu zaman K=6 olur.

3.4 Darbe Atlama Karakteristikleri

Koruma yönünden en iyi eklatörü bulabilmek için ek latörlerin darbe atlama karakteristiklerinden yarar lanılmıştır. Darbe atlama karakteristikleri, değişen elektrot açıklıklarında eklatörlere pozitif ve nega tif polariteli darbe dalgaları uygulayarak bulunmuş lardır.

Negatif atlama Karakteristikleri genellikle pozitif olanlara göre daha hızlı yükselmektedir. Bununla be raber, 10 cm'den küçük elektrot açıklıklarında ise pozitif polariteli atlama gerilimleri negatif olan lara göre daha yüksektir.

Herhangi bir elektrot açıklığında, pozitif ve nega tif polariteli darbe atlama gerilimleri birer AV at lama toleransı arz etmektedirler. Bu tolerans % 100 ve kritik darbe atlama karakteristiklerinden yarar lanılarak bulunabilir. Şekil 7'de bir di elekt rot açıklığındaki atlama toleransı AV gösteril miştir.

•^ 1 00.

U « ) 32

r"

k ; _ .

•~4 i

ki

\*

1 7" ...j...

_1

ÜS

>^

1 —t

h j_

£•

2A

A\ I

•^«,

it"

X —•

._:.._ _ j —

4;• 4

_. j..

/!

•M• S i

•.;..

kT i i •

41 4...

4s !

T—

«i

*ı kıt

/ 'X y.

....... • i —

12 ®

—J Qt

*•

sr

1. . _.

—i —

—P •*• a**

r

\ ?*

' —\—

^

4 1 T J •!

L —j....

;

®; —

{• r

i..

—|

... 1 —

"T" ;~ ...

i —f —

t,

—t ..

:r

o

•••

f—

.... h I

•4 4

• i— i

"i"

.i..

Koruma seviyesi, Vwo

T • ı— H

MO (kV )

9. Değişik koruma seviyelerinde çeşitli eklatörlerin atlama toleranslarının değişimi

6T

6TZ ?£r

im U 1) «"A s»

»»1

OD

BUUU91I

OL

os ay oe

""i •

-

1 1.

—* I

ÎT'

1 Mî 'İl ı.

1™

m ""i

. .Iı.H t?

T fj,t it1»)

ı

1 11 îı 1

[

1 Ft

','

( 9 1 «>»D|>13)»!S»X u»6pop>|Kj

•1 iS»İ H3

ı»«»jtoa

JM fi:

^** •^

Hm

iŞi m* w

B M •ss

7]

' <^|

y 'il ı '• '': ''! f1? 1

Mt

't P' r

/•

— |

s < r VI

5s

T**

"T"

> Jl

• I. ^

V ^ , **&

S,

Ls s

s 1

—|—

...

i —1 —

s'

\ \

\ s. _J

p f h M

fm

U ...

;.

.

'••;

iI

fH 1 I

•«I

3T 3T 31 31 31 9 9 I 1 I I ei

I 03 03 03 03 03 03 03 03 03 03 nsou ao3E [î(3

ZXV\\ TUTUBJO

• ooiA/AV ranuiTUTH

St?T on

S£I OCI S3I 031 Sil 011 SOI 001 S6 06 S8 08

OL 59 09 SS OS S*7 se (Al) o0 T A ' T s a X t A 3 s

jaıjSjBap UTtiTsueıajoı

UTUTÖP

3fr5r£aa

unBhn us uapunuofi

rBap uruTİe r ujujiajuaznp ıç

aortla 'OT

I OD

3.5 Koruma Yönünden E k l a t ö r l e r i n B i r b i r l e riyle Karşılaştırılması

Eklatörlerin koruma yönünden birbirleriyle karşı laştırılması için atlama karakteristiklerinden ya rarlanılmıştır. Bu amaçla her eklatörün her elekt rot açıklığında % 100 atlama gerilimi V^QO ^e ~ a t lama toleransı AV değerleri bulunmuştur. Bu değer lerden yararlanarak her Vı()o değeri için bir AV/V^QQ oranı hesaplanmıştır. Böylece, Şekil 8 ve Şekil 9'dan görülebileceği gibi her eklatör için Vıgo'e bağlı olarak AV/V^nn'ün değişimini gösteren birer eğri elde edilmiştir.

Bir aygıtı korumak amacıyla kullanılacak olan ekla törün koruma seviyesine ait atlama toleransının el den geldiğince küçük olması istenir. Yani, belirli bir V^oo koruma seviyesinde AV/V|QQ oranı olabildi ğince küçük olmalıdır.

Şekil 8 ve 9'daki eğriler incelendiğinde çeşitli eklatörlerin minimum AV/V^OO oranına farklı koruma seviyelerinde (% 100 atlama gerilimlerinde) sahip oldukları görülmektedir. Bazı koruma seviyelerin de en iyi koruma sağlayan eklatörler Tablo 7'de gösterilmiştir. Tablodan da görülebileceği üzere 20 no'lu halka disk eklatör düzeni 35 80 kV'luk gerilim seviyelerinde en iyi korumayı sağlamakta dır. 1 no'lu küre küre eklatör düzeni 85 kV'ta ve 95 110 kV'luk gerilim seviyelerinde, 13 no'lu Bru ce profilli eklatör düzeni 90 kV'ta, 6 no'lu küre çubuk eklatör düzeni 115 120 kV'luk gerilim seviye lerinde ve 12 no'lu Bruce Bruce eklatör düzeni 125 145 kV'luk gerilim seviyelerinde en iyi korumaları sağlamaktadır.

16 no'lu dikdörtgen kesitli Bruce profilli eklatör düzeni ise ct=60°'de en iyi korumayı vermektedir. Bruce profilli eklatör düzenlerinin pratikteki uy gulamasında elektrotlar arasındaki açının eklatö rün sağladığı korumaya yaptığı etki göz önünde bu lundurulmalı ve eklatör en iyi korumayı sağlaya cak şekilde bu açı ayarlanmalıdır.

3.7 Verilen Bir İşletme Geriliminde Ç a l ı şacak ve Koruma Yönünden En Uygun Olan Eklatörün Seçimi

Belli bir işletme geriliminde çalışan ve koruna yö nünden en uygun olan eklatörün seçimi için şebeke nin en yüksek gerilimine tekabül eden koruma sevi yesi U^ bilinmelidir. Bu seviye genel olarak

= 1,25 şartını sağlar.

Burada örnek olarak 11 kV ve 15 kV'luk anma şebeke gerilimlerinde çalışan aygıtın korunması ele a l ı nacak ve bu amaçla kullanılacak eklatörlerden han gilerinin bu işletme gerilimlerinde en iyi koruma sağladıkları ayrı ayrı bulunacaktır.

11 kV ve 15 kV'luk anma işletme gerilimleri Tablo 5'teki gibi sırayla 12 kV ve 17,5 kV'luk en yüksek şebeke gerilimlerine müsaade etmektedirler. Bu ge rilimlere a i t i l g i l i koruma seviyeleri ise yine Tablo 5'ten bakılarak 12 kV için 47 kV ve 17,5 kV için de 70 kV olarak bulunabilir. Şekil 8 ve 9'da ki eğrilerin her birinden Vıoo = 47 kv i c i n birer

(AV/47)«100 (Z)

3.6 Bruce P r o f i l l i Eklatör Düzeninin Elekt r o t l a r ı Arasındaki Açının Korumaya Et kisi

Eğer Bruce profilli eklatör düzeninin elektrotları arasındaki yatay a açısı Şekil 10'daki gibi değiş tirilecek olursa atlama karakteristiklerinin de de ğişeceği düşünülerek 14 ve 16 no'lu Bruce profilli eklatör düzenleri sınanmışlardır. Bu testlerde a açısı 30° lik basamaklar halinde 0° den 90° ye ka dar değiştirilmiş ve her açı değerinde bir pozitif polariteli atlama karakteristiği elde edilmiştir. Daha sonra bu karakteristikler koruma yönünden bir birleriyle karşılaştırılmışlardır.

Adı geçen atlama karakteristiklerinden yararlana rak değişik elektrot açıklıklarında AV/VıOo oran ları bulunmuş ve Vı00'e karşı AV/VıOg'ün değişimi Şekil 11'deki gibi her açı değeri için ayrı ayrı elde edilmiştir. Şekilde, V;oo> 40 kV'tan 125 kV|a kadar değişmekte ve a=90°içın 14 no'lu daire kesit li Bruce profilli eklatör düzeni bütün gerilim se viyelerinde minimum AV/V1OO oranına sahip bulunmak tadır. Bir başka deyimle 14 no' lu eklatör a=90° de her gerilim seviyesi için en iyi korumayı vermekte dir.

1,0

2,8

2,4

2,5

1,6

1,7

11,8 22,5 14,9 22,8 21,6 24,5 32,1 25,3 28,6 20,0 21,6 17,4 15,8 17,4

9,3

15,5 16,4

8,9

12,5

6,5

10,8 13,2

Tablo 8. 47 kV'luk koruma seviyesini en iyi sağlayan eklatözün seçimi

AV/47 ve V ı o o = 70 kV için de birer AV/70 değerle ri bulunarak Tablo 8 ve 9'da ayrı ayrı listelenmiş t i r . Muhtelif eklatörler için listelenen AV/47 de ğerleri incelendiğinde, minimum AV/47 değerinin 20 no'lu halka disk eklatör düzeni tarafından sağlan dığı, yani 47 kV'luk koruma seviyesinin en i y i , 20 no'lu eklatör tarafından sağlandığı sonucuna varıl mıştır. Aynı şekilde, minimum AV/70 değerinin ise yine 20 no'lu eklatör tarafından sağlandığı Tablo 9*dan görülmektedir. Bu duruma göre, 20 no'lu hal ka disk düzeni 70 kV'luk koruma seviyesi için de koruma yönünden en uygun eklatör durumundadır.

3.7.1 Seçilen Eklatörün Elektrot Açıklı ğının Ayarlanması

20 no'lu halka disk eklatör düzeni, 11 kV veya 15 kV'luk sistemlerde koruma amacıyla kullanılacağı zaman elektrot açıklıkları sırayla 47 kV ya da

70 kV'luk koruma seviyelerini sağlayacak şekilde ayarlanmalıdır.

Elektrot açıklığını ayarlamadan evvel eklatörün po z i t i f ve negatif polariteli atlama karakteristikle rini incelemek gerekir. îstenen koruma seviyesine tekabül eden elektrot açıklığı hem pozitif hem de negatif polariteli karakteristiklerden yararlanıla rak ayrı ayrı bulunur. Tatminkar bir koruma sağla yabilmek için daha küçük olan elektrot açıklığını tercih etmeliyiz. Çünkü, küçük olan elektrot açıklı ğı kendisinden büyük olan elektrot açıklığının sağ layacağı korumayı daha güvenilir olarak sağlayabi lecektir.

Yukardaki hususlar göz önüne alınarak 20 no'lu ek latörün elektrot açıklığı, 47 kV'luk koruma seviye sinin sağlanması için 1,9 cm; 70 kV'luk koruma sevi yesinin sağlanması için de 3,3 cm olmalıdır.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

2,5 3,0 2,6 2,5 2,3 2,9 3,4 2,7 6,6 3,9 3,7 2,5 2,8 2,5 3,5 3,4 2,8 3,0 3,4 3,3 3,1 3,2

(AV/70)«100 (%)

7,16 12,8 13,1 25,0 22,6 14,3 19,1 14,7 21,7 14,1 21,4 10,8

11,1

14,1 11,3

6,7 7,8 4,9

14,1 10,4

Tablo 9. 70 kV'luk koruma seviyesini en iyi sağlayan eklatörün seçimi

4. SONUÇ

Eklatörlerin atlama karakteristiklerinden faydala narak elektrik aygıtını aşırı gerilimlerden en iyi koruyan (optimum) eklatör her gerilim seviyesi için ayrı ayrı saptanmıştır, örneğin, 70 kV'ta en i y i koruma sağlayan eklatör, 20 no'lu halka disk ekla tör düzenidir. 100 kV'ta ise 1 no'lu küre küre ek latör düzeni ve 130 kV'ta 12 no'lu Bruce Bruce ek latör düzeni en iyi korumaları sağlamaktadırlar.

Genel olarak, Şekil 8 ve 9'dan da görülebileceği gibi 82 kV'a kadar olan gerilim seviyelerinde 20 no'lu eklatör en i y i korumayı sağlamaktadır. 83 86 kV ve 95 114 kV'luk gerilimlerde 1 no'lu küre küre eklatör düzeni, 87 94 kV'luk gerilimlerde 13 no'lu Bruce profilli eklatör düzeni, 115 123 kV'luk ge rilimlerde 6 no'lu küre çubuk eklatör düzeni ve 123 kV'un üzerindeki gerilimlerde ise 12 n o ' l u ' Bruce Bruce eklatör düzeni en i y i korumaları sağ lamaktadırlar.

Ayrıca, deneysel araştırmalar sonucunda 3 no'lu küre Bruce eklatör düzeninin 5 no'lu küre disk ek latör tertibine; 8 no'lu daire k e s i t l i çubuk çubuk eklatör tertibinin 9 no'lu kare k e s i t l i çubuk çu buk eklatör düzenine, 13 ve 15 no'lu büyük boyutlu Bruce profilli eklatör düzenlerinin 14 ve 16 no'lu küçük boyutlu Bruce p r o f i l l i eklatör düzenlerine göre daha i y i korumalar sağladıkları görülmüştür.

KAYNAKLAR

'"

1. Hint Standardı, "Application Guide for Non li near Resistor Type Lightning Arresters for Alternating Current Systems", IS: 4004, Ekim 1967

2. Amerikan Standardı, "Guide for Application of Valve Type Lightning Arresters for Alternating Current Systems", USAS 062.2 , Mart 1969

3. IEC Standardı, "Recommendations for Insula tion Coordination, Application Guide", IEC 71 A , 1962

4. Karabiber, H.K., Yıldırım Surge'lerine Karşı Korunma, Ankara: DSİ İşletme ve Bakım Dairesi Başkanlığı, 1965

5. Bowdler, G.tf., Measurements in High Voltage Test Circuits, Pergamon Press, 1973

6. Hawley, W.G., Impulse Voltage Testing, Lonaon: Chapman and Hail, 1959

7. Türk Standardı, Yalıtma Koordinasyonu, TS 855 Nisan 1970