ORTA GERİLİM ŞEBEKELERİNİN FAZ ARASI ARIZALARA KARŞI AŞIRI AKIM RÖLELERİ YERİNE MESAFE RÖLELERİ İLE KORUNMASI

UDK : 621.316.925.45

Or t a Gerilim Şebekelerinin Faz Arası Arızalara Karşı Aşırı Akım Röleleri Yerine

Mesafe Röleleri İle Korunması *( }

Y azan: . G. D. ROCKEFELLER, Westinghouse Electric Co.

Orta gerilim şebekelerinin, faz arası arızalara karşı korunmasını temin eden aşırı akım rölele rinin yerini, mesafe röleleri almağa başlamıştır. Bunun sebebi, faz tipi mesafe rölelerinin koru ma bakımından gösterdiği üstünlüktür. Çünkü, faz tipi mesafe röleleri yük şartlarına bağlı ol maksızın herhangi bir röleden daha iyi, daha has sas, süratli ve sistem değişikliklerine bağlı ol mayarak tesbit edilen bir mesafe içinde koruma yı temin eder.

Mesafe rölelerinin çalışması, normal sistem gerilimi ile frenlendiği için, normal yük akımı ile arıza akımını ayırdedebilır ve aşırı akım rölele rinin hissetmeyeceği kadar küçük arızalarda bile çalışabilirler. Genel olarak şebekelerde vuku bu lan arızaların büyük bir kısmı toprak arızası ol duğu halde, toprak mesafe tipi rölelerin, faz me safe tipi rölelerden çok daha az kullanılmasının sebebi sık sık sorulmaktadır. Bu soruya şu şekil de cevap verilebilir: Normal işletmede toprak rölelerinden geçen akım sıfır olduğundan ve ça lıştırma akımı yük akımına bağlı olmadığından iyi bir koordinasyon yapıldığı takdirde bu rölele rin yanlış çalışma ihtimali çok azdır. Ayrıca bazı sistemlerde toprak arızaları yükü bir dereceye kadar bozmazlar. Bundan başka, birçok noktalar dan beslenen sistemlerde faz arası arızalara kar şı koruma temin etmek çözümü çok güç olan problemdir. Bu bakımdan, orta gerilim şebekele rinde de mesafe tipi rölelerin kullanılması tavsi ye edilmektedir.

Koruma mühendisi, orta gerilim şebekelerinin korunması için mevcut sistemlerden birini seçe bilir. Fakat, yapılan araştırmalardan, mesafe kontrollü aşırı akım röle sisteminin orta gerilim şebekeleri için en iyi ve en ucuz olduğu anlaşıl mıştır. Bu sistem, (MKAA) aşağıya çıkarılan özellikleri ihtiva eder.

1) Birinci bölgede vukubulan arızaları yük sek süratle (Ani) temizleme."

(*) Eleotrical Worlü'un 10 Eylül 1962 tarihli sa .yısından (S 48 51) çevrilmiştir.

Çeviren: Hüseyin TEKİNEL

Y. Müh. E.E.I.

2) Birinci hattın geri kalan bölgesi ile biti şik hatta vukubulan arızalara karşı yüksek has sasiyet.

3) Mevcut aşırı akım röleleri ve sigortalar la iyi bir koordinasyon temin imkânı.

4) Makûl bir ücret. MKAA sistemi iki kademeli olarak faz arası arızalara karşı koruma temin eder (Şekil 1). Bi rinci kademe, AB hattının A'dan itibaren % 90 nını kapsar. Bu bölgede meydana gelen bir arı zada kesici ani olarak açar. İkinci kademe ise AB hattının kalan parçası ile, bitişik CD hattı nın tamamını kapsar. Bu bölgedeki bir arızada, A kesicisinin açması, C kesicisine öncelik vere cek şekilde, zaman gecikmeli aşırı akım eleman) ile temin edilmiştir.

Şekil • ı — Mesafe kontrolü aşırt akım röle siste temi. A kesicısindeki ani mesafe ünitesi AB hattı nm % 90 ını görür. Zaman asın akım gecikmeli 2 net kademe mesafe ünitesi A B hattının kalan parçası ve bitişik hattı artçı olarak bekler.

Bu rölenin karakteristiği sayesinde, gecikme zamanı, C deki kesicinin önceliğini bozmaksızın, AB hattının son kısmındaki arızaların süratle te mizlenmesine müsaade edecek şekilde, büyük arı za akımlarında daha kısadır. Zamanlı aşırı akım

rölesinin çekme değeri (pick up value) tam yü kün altına ayarlandığı zaman aşırı ters karak teristik en iyi şekilde çalışır. Böyle bir ayar de ğerine, zamanlı aşırı akım rölesinin, mesafe rö lesinin ikinci kademesi olarak arızayı görmesini temin için müsaade edilir.

Verilen bir arıza yerinde, arıza akımları çe şitli sebeplerden değiştiği için, ikinci bölgede vukubulan arızalarda rölenin çalışma zamanı şe kil 1 de görülen taranmış alan içinde değişir.

Koruma mühendisi, ekseriya muhtelif hatlar da çeşitli akım dağılımı ile, karışık sistem ter tipleri ile karşılaşır. Ayrıca, birçok kritik arıza yerlerinde röle çalışmasını tetkik etmek mecbu riyetindedir. A ve C kesicilerinin koordinasyonu nun temini için kritik nokta olarak, genellikle P noktası düşünülür. Bu nokta C kesicisinin 1 in ci kademesinin, yani ani açma bölgesinin sonu dur. C kesicisinin bu noktadaki çalışma zamanı sabit olduğu için, koordinasyon temini bakımın dan, A kesicisinin 2 nci kademe karakteristiğinin yukarı doğru kaydırılması icabedebilir.

Ani aşırı akım röleleri kullanılıyorsa, P nok tası dış sistem değişikliklerinin tesirine göre hat boyunca hareket ettirilmelidir. A kesicisinin röle eğrisi, P noktası C kesicisine yakın olduğu za man dahi arayı açmak için kaydırılmalıdır. Şe kil 1 de taralı olarak gösterilen zaman eğrileri nin kayma alanları değişken zamanlı aşırı akım üniteleri yerine iki kademeli sabit zamanlı bir sistem koymakla da, kaldırılabilir. Fakat, o zaman, koruma eğrileri şekil 2 deki gibi kademelenir. Göz lü şebekelerde böyle bir kademelenmenin temini

Kuruma \tm S *c Kademe

ŞeJcıl 2 — Artçı fonksiyonu elimine edilmedikçe bitişik hat parçasında rölelerle koordinasyonu temin için zamanların kademelendırümesı istenen sabit gecikmeli 2 kademeli mesafe ünitesi çok güçtür. Eğer şekil 2 deki benzer ikinci kade me gibi daha kısa ulaşım sınırı tesbit edilirse, bu alan içinde temizleme zamanları iyi olacak tır. Fakat, A kesicisinin röleleri C D hattının tamamını görmediği için bu hattın tam bir ye dekleyicisi olamayacaktır. Enerji nakil hatların da, bu açıklığın kapatılması için, daha uzun za man gecikmesi olan üçüncü bir aşırı akım veya mesafe koruma rölesi kullanılır. Bu, yüzden ko ruma sisteminin fiatı arttığından, bu çözüm tar

Elektrtk Mühendisliği 88

zı pek cazip değildir. Ayrıca, mesafe rölesi kul lanıldığı takdirde, bunun sistem üzerindeki mev cut sigorta ve aşırı akım röleleri ile koordinas yonu çok güç olacaktır. Şekil 3 te bu durum gös terilmiştir. A kesicisiridekı 3 kademeli mesafe ko rumasının, C kesicısindeki değişken zaman ge cikmeli aşırı akım rölesi ile koordinasyonunu te min etmek için, üçüncü kademenin zaman gecik mesini arttırmak gereklidir. Keza, burada Q nok tası da kritik bir noktadır. Bu nokta ile mesafe rölesi karakteristiği arasında gerekli zaman ge cikmesi temin edilmelidir. Bunun için, ikinci ka demenin ulaşım sınırı bazen kısaltılır ve mahal li bir yedekleyici röle ilâve edilir. Bu şekilde, C D hattı üzerinde meydana gelen bir arızada C kesicisi açmazsa, A kesicisi yerine B kesicisi nin açması temin edilecektir. Fakat mahalli ye dekleyiciye orta gerilim hatlarında karar verebil mek, fiatra artması sebebile çok güç bir husus tur.

Kıl S

Kd ı

_l

f

Şekil ' 3 — A kesicisinde 3 kademeli mesafe siste mi, C kesicisındeki rölelerle koordinasyona dikkat edilmelidir Bilhassa aşırt akım tipi röle kullanılmışsa 2 nci ve 3 üncü kademe önemle incelenmelidir.

SİGORTA PROBLEMLERİ :

Şekil 3 te saplama trafonun nominal gücü A B hattından akan enerjiye göre küçükse, bu gu rubu koruyan FU sigortası ile mesafe koruma rö lesi arasında basit bir koordinasyon problemi var dır. FU sigortasının büyüklüğüne göre birinci ka deme ayarı değiştirilir. Bazı firmalar (1) nokta sındaki arızayı sigortanın temizlemesini isterler ve birinci kademe ulaşımını kısaltırlar. Diğerle ri, birinci kademeyi (1) deki arızayı görecek şe kilde ayarlayarak sigortayı nazarı itibare almaz lar. Diğer bazı firmalar da, bir farkla ikinci sis teme benzeyen bir usul tatbik etmektedirler. Bu rada, kesici arızada açtıktan sonra otomatik ola rak kapatılarak, arıza devam ediyorsa sigortanın atması temin edilir. Makalenin yazarı transfor matör saplama noktasında veya yakınında ise, birinci kademe ayarında sigortanın nazarı itiba re alınmamasını tavsiye etmektedir.

Kısa hatlarda, empedans çok küçük olduğun dan, zaman ve akım değişmeleri büyük olur. Bu yüzden bu hatların mesafe kontrollü aşırı akım sistemi ile dahi korunması çok zordur. Bu prob

lem hattın iki ucundaki şartları mukayese eden ve korunan hat parçası içinde vukubulan bir arı zayı ani olarak temizleyen pilot koruma sistemi ile çözülmüştür.

Şekil : 4 — Kısa hat parçalan, mesafe kontrolü aftn atom sisteminde akım ve zaman ölçmede de ğişiklik istenir. Kademclendirme 2 nci bölge için lüzumlu olabilir ve fazla temizleme zamanına ihtiyaç olabilir.

ARA BESLEME PROBLEMİ:

Mesafe rölelerinin çok basit olduğu düşünce sinin yaratılmaması için biraz da ara beslemeden bahsedilecektir. ("Güç sistemleri, rölelerin vazife lerini en iyi şekilde yapmalarına imEân sağlar lar). Şekil 5 teki I u akımı hali, A rölelerine gö re bir ara beslemedir. Bu ara beslemenin, C rö lelerine hiç bir tesiri yoktur. Fakat, A rölele rine arızayı hakiki yerinden daha uzakta imiş gi bi göstererek, koruma sahasının kısalmasına se bep olur.

Şekil : 5 — Bir baroda ara besleme A kesicisinde ki mesafe kontrolü aşırı akım rölelerinin 2 nci kademesinde bitişik hat parçasına artçı korumasının ulaşımını sınırlar.

Şekil 5 te görüldüğü gibi, Tu ara besleme akımı röleler üzerinde bir dengeleme akımı hasıl etmeksizin frenleme gerilimini arttıran bir Iu ZCF gerilim düşümü meydana getirerek A röleleri nin ikinci kademe ulaşımını kısaltır.

Böylece röleler:

T AB

^ Z A B + ZCF

empedansı yerine

IUZCF IAB empedansını görürler.

Iu /1 AB çarpanı yüzünden arıza daha ileri de olmuş gibi görülür. Burada görüldüğü gibi de ğişken bir ara besleme oranı rölelerin ayarlan masını güçleştirir. Böyle durumlarda, röleci, çe şitli şartları uzlastıran ortalama bir röle ayarı se çer.

Orta gerilim şebekelerinde faz arası arızala ra karşı korumanın en mantıki yolu mesafe röle leridir. Fakat temin edilebilen sistemlerin herbi rinin üstüklükleri olduğu kadar, sınırlamaları da vardır. Durum tetkik edilirse, mesafe kont rollü aşırı akım koruma sisteminin, üç kademe li mesafe koruma sisteminden fiat bakımından daha ucuz olduğu ve iyi bir kapsamı olan koru ma temin ettiği görülmektedir.

Orta gerilim şebekelerinde faz arası arızala ra karşı koruma temin eden sistemlerle tercih edilen sistemler makalenin sonunda bir cetvel halinde verilmiştir.

Birinci sistem, bir kademeli mesafe, rölesi ile mesafe kontrollü aşırı akım röle sistemidir. Bu ğrada ikinci kademe mesafe ünitesi, tam yük akı mının altında bir değere meselâ 2 ampere ayar lanan aşırı akım ünitelerinin çalışmasını kont rol eder. Bu röle seçici olarak frenleme gerilimi kadar, güç açısını da kullanabilir. Mesafe ölçme ünitesi mho tipi karakteristiğe sahipse 60° lik güç açısındaki hassasiyeti, 30° güç açısına göre iki mislidir. Orta gerilim şebekeleri takriben 60° lik empedans açısına sahiptirler ve bu şebekelerdeki arıza akımları da buna yakın bir güç açısını haizdirler. Buna rağmen, büyük yük akımları 30° veya daha küçük güç açısına sahiptirler. Bu radan görülüyor ki, mesafe röleleri, gerilim fren lemesinin tesiri düşünülmezse yük akımından zi yade arıza akımına daha fazla hassastır.

İkinci sistem koordinasyon için gecikme za manlı aşırı akım röleleri veya sigortaları olma yan sistemlerde uzak yedekleyici ve süratli bi rinci hat koruması bakımından hepsinin en iyisi dir. Fakat, burada da, ara besleme değişimleri üçüncü kademenin ayarlanmasında ve zaman ge cikmesinin tesbitinde zorluklara sebep olur. Bu problem, primer koruma çalışmadan önce açma yapmayan ve seçiciliği olmayan üçüncü kademe nin yedekleyici olarak kabul edilmesi ile kolay laştırılır.

Üçüncü sistem, bir zaman gecikmesinden son ra sırası ile birinci ve ikinci kademe mesafe üni telerini çalıştıracak bir gecikme zamanlı aşırı akım ünitesine sahiptir. Bu sayede, akım zaman eğrisi ikinci kademe ulaşımının sonunda kesilir. Rölenin bu cephesi, A kesicisindeki rölelerin ikinci kademesinin benzer ikinci kademe ayarına uygun olarak (Şekil 2 ye bakınız) C kesicisinin birinci kademe ulaşımının altına ayarlanırsa, de ğerlidir. Bu ayar ile, A kesicisinin zaman gecik

mesi koordinasyona göre, C kesicisinin yalnız ani kademesini kavrayacağından ikinci kademe daha süratli olabilir. Fakat böyle bir ayar uzak yedek leyici olarak başarısızdır ve orta gerilim şebeke haralarında mahalli yedekleyiciye rağbet olunca ya kadar, kısa ikinci kademe ayarına ilâve bir zaman gecikme kademesine ihtiyaç vardır.

makta ve onların ulaşımları da korunan hatta bağlı dış sistemdeki değişikliklere tabi olarak de ğiştirilebilmektedir. Arıza akım seviyesinin ve dağıtımının değişmesine sebep olan bu sistem değişiklikleri, aşırı akım rölelerinin koordinasyo nunu temin için fazla zaman harcanmasına sebep olur.

Üçüncü sistem, keza, normal yük akımı sevi yesinden aşağıya ayarlanan gecikme zamanlı aşı rı akım ünitesinin olduğu yerlerde, düşük arıza akımlarını tesbit etmede de başarısızdır.

Daha ucuz röle sistemleri, düşük arıza akım larında koordinasyonu güçlük doğuran, göreneğe uygun yönlü aşırı akım üniteleri üzerine kurul muştur. 4 ve 5 nci sistemler bu şekildedir. Bura da yük akımı hatta doğru aktığı zaman aşırı akım üniteleri çalışabilir. Buna göre yük akımı baraya doğru akmadığı müddetçe (açmama yönü) aşırı akım ünitelerinin çekme değerleri yük akımının üstünde olmalıdır. Bu bakımdan, rölenin yük akı mı ile arıza akımını ayırabilmesi için takriben minimum olan 7 ampere ayarlanması gerekir. Fakat bitişik hat arızalarında arıza akımı bazen 7 ampere ulaşmadığından, bu zayıf bir yedekle yici koruma temin eder.

Bazı şebekeler 4 üncü sistem olan yönsüz ani aşırı akım ünitelerinin kullanılmasına müsaade eder. Bu ancak, ters yönde bir arızanın geri bes leme akımının bilhassa uzun hatlarda ani ünite yi çalıştıracak seviyeye ulaşmaması sayesinde kabildir. Kısa hatlarla birleştirilmiş gözlü şebeke lerde arıza akımları büyük olduğundan, rölenin arkasındaki arızalarda açmasına mani olmak için, daha pahalı olan, 5 inci sistemdeki yönlü ani aşırı akım üniteleri kullanılır.

Her sistemde, aşırı akım ünitesinin çekme de ğeri yük akımından daha büyük olmalıdır. Bu radaki 7 amper ayar değeri, 4 veya 5 amperlik yük akımı için mümkün olan en düşük değerdir. Fakat böyle bir ayar değeri, bazı bitişik hat arı zalarında arıza akımı 7 amperin altında kalaca ğından, zayıf bir yedekleyici korumaya sebep olacaktır.

Tablodaki 4 ve 5 nci sistemin ani açma ayarı değişken olarak gösterilmiştir. Çünkü, her iki sistemde de, ani koruma için mesafe koruma üni teleri yerine ani aşırı akım üniteleri kullanıl

6 nci sistemde adi yönlü aşırı akım rölesinin hassasiyeti arttırılarak, arızalara karşı hassasiye tin arttırılması problemi kısmen çözülmüştür. Teamüle uygun yönlü bir röle, nominal gerilimde takriben 0,1 amperde çalışır. Gerilim frenlemeli yönlü bir röle ise, nominal gerilimde 9 amperde, daha düşük gerilimlerde orantılı bir akımda çalı şır. Neticede, nominal gerilim, 6 nci sistemdeki gecikme zamanlı aşırı akün ünitesinin çekme de ğerinin yük akımı seviyesinin altına ayarlanma sına, yük akımının yönüne bakmaksızın, yönlü ünitenin çalışmasını frenliyerek müsaade eder. Fakat daha düşük gecikme zamanlı aşırı akım ünitesi çekme değeri ayarı, yalnız arıza gerilimi nin birden bire düştüğü hallerde avantajlıdır. Diğer hallerde, gerilim frenli yönlü ünitenin çek me akımı, aşırı akım ünitesinden daha yüksek olacaktır.

6 nci sistem Z, kaynak empedansının büyük olduğu (hidrolik generatörler) yerlere tatbik edilir. (Şekil 1). Burada, röleler maksimum üre tim yükünü taşımalı ve minimum üretim arızası nı tesbit edebilmelidir. Son şart, düşük arıza akım ve gerilimlerini kapsar. Burada teamüle uy gun yönlü aşırı akım rölelerinin hat arızalarını görmesi çok güçtür.

Gerilim frenli yönlü bir ünite, uzun hatlarda veya ara besleme dolayısı ile arıza akımlarının küçük olduğu yerlerde faydasızdır. Bu şart, , in Z L e göre izafi olarak küçük olduğu şekil 1 de görülmektedir. Bu durum da, gerilim seviyesi rö leye, arıza ve yük şartlarını ayırması için yar dım etmez. İlâve olarak gerilim seviyesine bakıl mazsa, sistem değişiklikleri aşırı akım üniteleri nin ayar değerlerinin hesaplanmasını güçleştirir.

7 nci sistemde, aşın akım rölelerinin bazı ak saklıklarını düzeltmek için ani aşırı akım ünite leri yerine bir kademeli mesafe koruma röleleri kullanılmıştır. Fakat bu rölelerin düşük akımlı arızalan görme kabiliyeti sınırlıdır.

YÖNLÜ FAZ RÖLE KORUMA SİSTEMLERİNİN MUKAYESESİ

Sistem

ilk ücret (Not 1 e bak)

Zaman A. A. • Hassasiyeti

Amper

Yedekleyici Ani açma için açı ayırd Hesaplama

Alanı edilmesi (Not 2 zamanı ye bak)

1 Bir kademeli mesafe f mesafe kontrollü A. A.

2 Üç kademeli mesafe + zaman ölçücü

3 Aşırı akım kontrollü iki kademeli mesafe

4 Yönlü ağırı akım ve yönsüz ani

5 Yönlü aşırı akım ve yönlü ani

6 Gerilim frenli yönlü aşırı akım ve yönlü ani

7 Bir kademeli mesa fe + Yönlü aşırı akım

2,13 2,75 . 2,02 1 1,26

1,44

1,72

Sabit

(Not 3 e bak) >

>

(Not 5 e bak)

Demişken

Kısa

(Not4ebk.)

Notlar:

1 — Yalnız birim röle maliyeti. 2 — 60° veya 30° empedans açısı. 3 — Akım hassasiyeti, gerilimle ters, empe dans ayarı ile doğru orantılıdır. Meselâ:

10 om ayar değeri 20 voltta 2 amper çe ker. (Nominalin % 29 u) 4 — Üçüncü kademe ve zaman üzerinde du rulmadıfı müddetçe.

5 — Gerilim nominalin % 20 sinin altına dü şerse. (Nominal gerilimde yönlü ünite nin çekme değeri 9 amperdir.)

••••••••••••••••(.•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••I MÜHENDİS ARANIYOR

ORMAN GENEL MÜDÜRLÜĞÜNDEN:

Genel Müdürlüğümüze bağlı mevcut kereste fabrikaları ile kurulacak kereste fab rikaları, lif ve yonga levha fabrikalarının elektrik işlerini tedvir edebilecek ehliyet te, tecrübeli bir elektrik yüksek mühendisi veya elektrik mühendisi alınacaktır. Mer kez Ankara olup yevmiye kararnamesine göre ücret ödenecektir. Yabancı dil bilenler tercih edilecektir.

İsteklilerin Genel Müdürlüğümüz Fabrikasyon Şubesine başvurmaları rica olu nur. ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••I

MÜHENDİS ARANIYOR DEVLET SU İŞLERİ GENEL MÜDÜRLÜĞÜNDEN : Genel Müdürlüğümüz Barajlar ve Hidroelektrik Santrallar Dairesi Başkanlığı em rinde çalıştırılmak üzere, askerliğini yapmış İngilizce bilir elektrik mühendisleri alı nacaktır. Taliplere 10195 ve 6/1735 sayılı kararnameler gereğince yevmiye verilecektir. İsteklilerin şahsen veya dilekçe ile Ankara Rüzgârlı Sokak, Çatal Han'da Baraj lar ve Hidroelektrik Santrallar Dairesi Başkanlığına müracaatları ilân olunur.

OlUUUUUu,». ,ülwttUttttimuttuuuHUuumuittuuuuutt^^^^^