ÜÇLÜ-GÜVENCELİ BARA KORUMA SİSTEMİ

UDK: 621316.925.2 : 62i J8

Yazan : Envin ZUROWSKI

Çeviren : Bülent DAMAR TEK

ÖZET

Koruma sistemleri seçiciliği, akım trafolarının doymaya girmesiyle sekonder devrelerinde ortaya çıkan distorsiy ondan etkilenmektedir. Yeni elektronik koruma devreleri ise, devredeki akım trafolarının doyma katsayısı yeteri kadar yüksekse, çok kısa sürede açma kumandasını verebilmektedir. Eğer mükerrer ölçme yapılıyorsa (Örnek; yarım peryodda iki veya daha fazla), koruma sistemi seçiciliğinden hiçbir şey kaybetmeden, doymaya giden akım trafoları ile de çalışacak biçimde ayarlanabilir.

SUMMAJRY

The selectivity of protection systems is affected by the distortion caused by the saturation of the secondaries of the current transformers. New electronic protection circuitry is now available which is able to produce the tripping pulse in a very short time period provided that the saturation coefficient of the current transformes is sufficiently high. If multiple measurement are being made, e.g., two or more in one-half period, the protection system can be adjusted so that it can work with the saturating curent transformers without any deterioration in their protection selectivity.

1. GİRİŞ

Hiçbir seçicili koruma sisteminde ana bara koruma sistemindeki kadar çok yönlü gereksinmeler duyulmamaktadır. Bunun nedenleri:

Koruması yapılan yerin çok karmaşık olması, yani çoklu ana bara sistemlerinin ve bunlara bağlı birçok yardımcı haraların, transfer baralarının olması ve bunların kendi aralannda türlü biçimlerde bağlanmış olmaları, ölçme noktalarının sayılarının çok ve her birinde farklı ölçmeler yapılıyor olması (Kuşkusuz her fider veya bağlantı noktası için ayrı bir ölçü trafo grubu bulunmakta ve her gurubun çevirme oranları, çekirdekleri ve doyma katsayıları farklı olmaktadır),

Açma kapama yapacak çok sayıda kesicinin olması, Baranın tümüyle devre harici olmasından dolayı, meydana gelecek durum, bir generatör veya hat parçasınm devre harici olması ile, mukayese edilemiyecek kadar önem arzetmektedir.

Beklenmedik birtakım diğer arızalarla birlikte, sekonder devrelerde bir kısa devre anında, salt sahalarma yeni eklemeler yapıldığında, bakımda ve diğer kesici testleri süresinde tam bir güvencenin gerekli olmasıdır.

(•) Siemens Revıew, C. 39, Eylül 1972, s. 410.

2. ÖLÇME SORUNU

Her devre tarafından taşınan kısa devre akımının, akım trafolarını doymaya sokmasından ötürü ortaya çıkacak akım trafosu hatalarının hiç veya çok küçük olmasından ötürü ana bara kısa devresi tek başına bir ölçme sorunu ortaya çıkartmaz. Ana bara dışında örneğin fiderlerin birinde ortaya çıkan yakın bir arızada durum tümden farklıdır. Bu durumda kısa devre akımları, arızalı fider dışında kalan devrelerden baraya doğru akar. Arızalı fiderin akım trafoları baraya giren akımların toplamının tekrar dışa aktığı bilgisini bu anda sağlamalıdır; çünkü harici arızanın özelliği olan koruma yapılan bölgedeki tüm akım trafolarının primer akımlarının toplamı sıfıra eşittir ( £ 1 = 0 ) . Çalışma koşullarına bağlı olarak, bu akım trafolarından açma akımlarının çok üzerinde bir akım geçmesi bu akım trafolarını o denli doymaya sürer ki, sekonder akımlarının toplamı sıfırdan oldukça farklı bir değer olabilir. Koruma devrelerinin seçiciliği böylelikle bozulmuş olur.

Şekil 1 Ana bara dışında ortaya çıkan bir arıza anındaki koşullan göstermektedir. Tamamen simetrik olmayan kısa devre akımı Ik anabara Sa ya doğru akmaktadır. Baraya doğru akan akım toplamları normal ça-

.AAAA/V

5a . Bara A Doğrusal akım trafosu

B Doyma katsayısı n' = 10 olan normal akım trafosu

Ik Simetrik olmayan kısa devre akı minin maksimum değen,

"IA A'nın sekonder akımı

I

B'nın sekonder akımı

Al IA-IB

Şekil 1. 30 IN ile simetrik olmayan kısa devre deneyi. Doğru akını bileşenin zaman sabitesi: 150 ms.

hşma özelliği gösteren A akım trafosundan akarken, B akım trafosu doymaya girmiştir. Sonuç olarak, anza korunmakta olan bölgede olmadığından, sekonder devreden hiç bir akımın akmaması gerektiği halde bir fark akımı, Al = I A — I B , akmaya başlar.

gIiBbiseokrotanydaer

akiminin eğrisinden de çıkan hata sadece ani

görüldüğü değerlerde

(doğal olarak ortalama ve karesel ortalama değerler de hatalı oluyor) değil faz açılarında da

olduğundan, sıfır noktasından geçişler arasındaki zaman aralığı da farklı olmaktadır. Bu nedenle, sekonder akımdaki doğrusal olmayan distorsiyonlann artmasıyla hem baraya doğru akmakta olan akımlann birbirleri arasındaki faz

açılan, hem de fiderdeki alam trafosundan geçen akım hakkında, özellikle birkaç peryod süren geçici rejim süresinde, güvenilir bilgi elde

etmeıc gittikçe zorlaşmaktadır. Bu güçlükler,

tesisi biraz güç ve önüne geçilmesi mümkün olmayan zaman kaybına rağmen, bazı ek araç ve

gereçlerin yardımıyla sıfır noktasından geçiş

süreleri arasında ölçülü değerler verebilen elektronik bara koruma "sistemleriyle yenilmektedir.

Pratikte görüldüğü üzere bir istasyondaki akım trafolarının doyma katsayıları birbirlerinden çok farklı olmaktadır. Yeni tip korumayla ise, verilen koşullara göre dengeli ayarlama olanakları yaratılmaktadır. Bu biçim koruma [1], dengeleyici ve döner bobinli rölenin biraraya getirici özelliklerinden ötürü son derece başarılı sonuçlara ulaşmıştır. Bu yöntemle 1000 bara ve bara yanlan ile 5000 den fazla devre koruması yapılmıştır.

3. YENİ ELEKTRONİK BARA KORUMA SİSTEMİ

Yeni elektronik bara koruma sistemi, istasyonlarda daha küçük güçlü akım trafoları kullanarak ve daha kısa açma kumandası vererek günümüzün gereklerine tam olarak cevap ver•mektedir. Adı geçen sistem dengeli akımlan kıyaslama ilkesiyle çalışmakta ve anza anında kısa devre akımı hakkında bütün bilgiyi (genliği ve faz açısını) maksimum olarak kullanmaktadır. Ayarlanabilir dengeleme ile kısmen doymaya girmiş akım trafoları koruma sistemine tam olarak uyarlanabilmekte, hattâ çok üst düzeyde doymaya girmiş akım trafolanyla bile sürekli tekrar edilen ölçmeler ile hatalı açmalar kesinlikle önlenmektedir. Şekil 2 bir baranın tek hat şemasını göstermektedir. Her devrenin H ana akım trafolarına, bir M toplayıcı akım trafosu bağlanmıştır; bu düzenek üç ana devredeki (R, S, T) akün trafolarının akımlarım belli bir oranda geometrik olarak toplamakta ve toplam akımı akım trafolarının sekonder akımlarından bağımsız sabit bir tekfaz akımı olarak daha düşük bir değere indirgemektedir. Toplayıcı akım trafolarının sekonder akımları ise hem D diferansiyel koruma rölesini, hem de S dengeleme devrelerini beslemektedir. Şekil 2 den görüleceği gibi her ikisi de merkezi kumanda odasma yerleştirilmiştir. Sadece toplayıcı akım trafoları kendilerine ait fiderlerle birlikte bulunmaktadır. Bu biçim yerleştirme sürekli olarak akım sağlanması gibi bir teknik üstünlüğü yanında, tek veya çoklu bara sistemlerinde aymcmm durumuna uygun olarak kontrol edilmesi ve mantık devreleri de, içinde olmak üzere bütün koruyucu araç ve gereçlerin aynı bir hücre içinde olması gibi tesiste de üstünlük sağlamaktadır. S tamamlayıcı dengeleme devreleri, toplayıcı akım trafolannın sekonder devrelerine yerleştirilmiş ve tüm devrelerdeki akımların aritmetik toplamı olarak £ | I | , dengeleyici doğru akımı beslemektedir. Tüm toplayıcı akım trafolan sekonder akımlarının geometrik toplamı 21» açma kumandası veren akımdır. Şekil 3 kumanda verme bölgesinin E111 ve £ I ya bağlı olduğunu göstermektedir. Dengeleme, akım trafolarının oran hatası etkilerini de elemekte böy-

5a

Toplayıcı akım trafosu ile hat koruması

Sa Bara

Merkezi kontrol odasındaki ek dengeleme devreleri ve diferansiyel korumo

1,2,3... Fiderler

A Fıder hat koruması

K A kontağının anı olarak dereye girmesi

H Ana akım trafoları

M Toplayıcı akım trafoları

D Diferansiyel koruma

AK Kapama sinyali

S Tamamlayıcı dengeleme devreleri

211 Kapama akımı (Tum fıder akımlarının geometrik toplamı)

SIII Dengeleme akımı(» »

»

aritmetik <• )

Şekil 2. Tek bara için elektronik bara diferansiyel koruması. Merkezi kontrol odasının ana devre diyagramları.

lece yanlış ve boşuna çalışmaya karşı daha fazla bir güvence sağlanmaktadır. Etkinliği ise s dengeleme faktörünün yardımıyle tesis edilmiş akım trafolarının doyma katsayılanyle bağdaştınlabilmektedir. Dengeleme ek olarak, bazı özel amaçlarla da kulanılabilmektedir [1]. Örneğin sıfır bileşenli akımların dengelenmesiyle, nötrü topraklı ya da ark söndürme bobinleriyle topraklanmış bir sistemde iki faz toprak arızasından baranın etkilenmesi önlenmektedir. Şekil 4 ölçme devresini göstermektedir. Burada 2 | I | dalgalı (rippled) dengeleme akımının dalgalanması giderilmekte ve dengeleme faktörüne bağlı olarak £ I kumanda akınımın ani değerleriyle kıyaslanmaktadır. Yalnız D diyodu, kumanda karekteristiğinde kendi geçiş (threshold) geriliminden ötürü ortaya bir büküm noktası çıkmasına neden olmaktadır (Şekil 3 de K). Si — s X| 11 farkı her yarı dalgada hissedilerek S belleğine kumanda sinyali olarak gönderilmekte, bu sinyal G 3 teki limit değerleri aşarsa, Z2 zaman devresi de devreye girmektedir.

Her yarım dalgada ölçülen bu değerler artık, doymaya giren akım trafolarında seçiciliği arttıran basit fakat etkili bir yöntem olarak kullanılabilir. Kısmî doymalarda, geçici rejimin DA bileşeninden ötürü, önceden ayarlanmış değerlerin çok üstüne çıkılsa bile, dengeleme herhangi bir yanlış ve boşuna çalışmayı önlemektedir. Bu nedenle kumanda sinyalinin bir kez hissedilmesi (Şekil 4 teki 1—1 durumu), yani £ I > S 2 : | I | durumunun yan dalga süresinin herhangi bir kesrinde bir kez sağlanması, yeterli olmaktadır. Bu süre, arızanın hissedilip yüksek hızlı bir yardımcı röle ile açmanın yapılması süresi, 7 ms dolaylarındadır. Sadece ölçmenin yapıldığı süre ise bir yan dalga süresinin 1/4 ünden az bir süreye özdeş olmaktadır. Aşırı doymalarda ardarda gelen iki yan-dalganın hissedilmesi (Şekil 4 teki 2—2 durumu) yani, Ş l > s Ş | I | koşulunun yaklaşık olarak 10 ms içinde iki kez tekrarlanması gerekmektedir. Bu durumda açma sinyali, ancak birinci ölçmede hissedilip S belleğine gönderilen ve ikin-

ci ölçmede hissedilen darbelerin her ikisinin

VE kapısmı sürmesiyle verilebilmektedir.

Çok aşın doymalarda, ölçmeler, yanlış ve gereksiz çalışmaya karşı güvenceli olarak bir kaç kez

tekrarlanmaktadır.

Limit-değer göstericisi G2 başlangıç ünitesini

oluşturmakta ve bir üçüncü VE kapısı koşulunu sağlamaktadır; dördüncü koşul VE kapısına

olumsuzlaştınlarak (negation) gelmekte yani,

fark akımı gözleyici cihazı çalıştırılmamaktadır.

Eğer dört VE koşulu sağlanırsa açma sinyalini

veren röle enerj ilenmektedir.

Fark akımına çok duyarlı olarak ayarlanmış limit-değer vericisi Gl, bara ile ilgili tüm akım

trafosu devrelerinde herhangi bir arızadan sonra sinyali göndermektedir. Bir kaç saniyelik bir

zaman gecikmesinden sonra (Zl zaman ünitesinde) VE kapısı, dolayısiyle koruma devresinin tümü, herhangi bir zararlı açmaya karşı

S

F K

Dengeleme faktörü SI 1=21111 olarak hatd akım? karakteristiği Kapama karektenstiğındeki büküm noktası

bloke edilmektedir.

Koruma sistemi yıllarca serviste de denenmiş ve güvencenin maksimum olduğu anlaşılmıştır. Açma sinyalinin verilebilmesi için toplam olarak üç koşul sağlanmalıdır (Şekil 5) : ikaz, akım kıyaslanarak yapılan ölçme ve doğrudan devre

Ölçme devresinin çalışmadığı zor? ile ilgili koruma cihazının olumlu (positive) ka-

> Ölçme devresinin bloke edilmiş zonü ran.

Şekil 3. Kapama diyagramı «S» bir parametre

ve

= f(S|I|).

İkaz

Dengeleme akımı

kıyaslanarak yapılan ölçme

1-1

2-2

Hat koruma başlangıcı

III, AK girdi ve çıktılar (Bk Şekil 2) D Büküm noktasını doğuran dıyot G Limit değer göstericisi Z Zaman . devresi 5 Bellek . &" VE kapısı M Koruma devresinin kendi hatalarını gösteren yan

Şekil 4. ölçme devresi.

Şekil S. Kapama sinyalinin üçiü-güvencesi.

4. SONUÇ Elektronik bara koruma sistemi asıl koruma sisteminin bir yanıdır; çok üstün devre elemanları türlü biçimlerde biraraya getirilerek istenilen seçicilikte bir sistem elde edilebilir. Anlatılan koruma yöntemi diferansiyel korumaya da uygulanabilir.

KAYNAK 1. Ab el, G.: «Sammelschienenschutz für 110 kV .• Anlagen». Siemens Z. 34 (1960), s. 310-315.