SERİ KONDASATÖRLERİ İHTİVA EDEN ENERJİ NAKİL SİSTEMLERİNİN STABİLİTESİ HAKKINDA

TEBLİĞ No: 15

UDK : 621.3.016.35 : 621.319.4

Seri Kondansatörleri İhtiva Eden Enerji Nakil Sistemlerinin Stabilitesi Hakkında

Ord. Prof. Cabir Hamdi SEPEN Dr. Müh.-İ.T.Ü.

ÖZET:

StabiUte şartları göz önüne alınarak enerji nakil sistemlerinde kabili nakil limit takati artırma çarelerinden bin, hattın reaktansını sen kondansatörlerle kısmen kompanse etmekdır

Sistemde vdkı olacak kısa devre arızalan neticesinde, kondansatörlerin uçlarında gerilim muayyen haddi aştığı taktirde, muhafaza eklatörü tutuşarak kondansatörü kısa devre eder. Aynca şöntlenen eklatörde deztyonizasyon bir zamana ihtiyaç gösterdiği

Alternatif akımla enerji nakleden bir sistemin taşıyabileceği takat, belirli şartlar altında, muayyen hadleri aşamaz.

Devamlı işlemede teorik limit takat, hat sonundaki V gerilimile, hat başındaki aletrnatörün veya hattı besleyen santraldeki alternatörlerin eşdeğerinin elektromotor kuvveti E arasındaki faz farkının 90 derece kadar oluşuna tekabül eder; burada alternatörlerin çıkık kutupluluk tesirinin ihmal edilebildiğini kabul ediyoruz. Statik stabilite limiti tâbir olunan bu gücün nakli, hususi tedbirler alınmadan, mümkün olmadığı gibi, kabili kabul bir kararlılık noktasından da, bu güç değerinden hayli düşük takatlerin nakli ile iktifa edilmek icab eder.

Pratikde, umumiyetle, bir nakil sisteminin taşıyabileceği azami güç, arıza halinde işleme şartları göz önüne alınarak tesbit olunmak mecburiyeti vardır. Başka türlü ifade etmek istenilirse, bir alternatif akımla enerji nakil sisteminin, elektrik enerjisini taşıma bakımından, devamlı kalabilmesi şartı, taşınan takati tahdit eder.

Muayyen bir cins arıza, meselâ bir faz ile toprak arasında vaki olabilecek bir kısa devre, hattın muayyen bir yerinde olur, ve bilinen şartlar (açma zamanı ve şekli. ) dahilinde bertaraf edilirse, sistemin bu sayılan muayyen şartlar dahilinde, arıza bertaraf edildikten sonra kararlı kalabilmesi için, taşınan takatin muayyen bir limit değeri vardır. Bu limit değerin üstünde yüklendiği taktirde, yukarda göz önüne alınan arıza ve bertaraf edilme şartları altında, sistem senkronizmadan çıkabilir ve enerji nakli durur.

Transient stabilite limiti tâbir olunan bu limit takat, arızanın cinsine, vaki olduğu yere ve anza-

E M M. 73-74

ıçın, kondansatör ânzanın akabinde, kısa devre arızasının cinsine ve yerine göre bir, iki veya üç faz üzerinde kısa devre olmakta ve bir müddet devreden çıkmaktadır.

Bu sebepden, transient stabilite etüdlennde, bahsolunan işleme şartlarına tekabül eden moment - açı karakteristiklerinin göz önüne alınması icab eder

Misal olarak, evsafı verilen bir sistemde muhtelif şartlara tekabül eden karakteristikler verilmiştir nın bertaraf ediliş şekline bağlıdır. Umumiyetle, işletmede en büyük ihtimal ile, en fena şartlar dahilinde vuku bulacak arızalar göz önüne alınarak tesbit edilmelidir.

Bu limit takate ve muayyen bir reaktif güç dağılımına, senkron makinaların elektromotor kuvvetlerile, hat başında ve sonundaki gerilimler arasında muayyen faz farkları tekabül eder.

Stabilite şartının tahdit ettiği bu faz farkları değişmeden, taşınan limit takatin artırılması çarelerinden biri, sistemin geçiş empedansının azaltılmasıdır. Bu da, hat reaktansımn seri kondansatörler ile kısmen kompansasyonu ile yapılabilir.

Seri kondansatörler, büyük çapta enerji nakil sistemlerinde, evvelâ 200 kV. (ref. 1) sonra 380400 kV. (ref. 2) hatlar üzerinde, halen müteaddit sistemlerde işletilmektedir.

Burada, seri kondansatörlerin, hat üzerinde vaki olacak arızalar esnasında, göz önüne alınması icab eden hususiyetlerine temas edilecektir.

Malûm olduğu üzere, bir kondansatörün veya kondansatör grubunun tayin olunacak birinci karakteristiği, dayanabileceği azamî akım ve dolayısile uçlarındaki azamî gerilimdir. Kondansatörün fiyatı bu gerilimin karesile orantılıdır (ref. 3).

Uçlarında gerilimin değeri, bahsolunan maksimum gerilimin üstüne çıkarsa, kondansatörü muhafaza eden eklatör tutuşarak kondansatörü kısa devre eder. Bazı tertiplerde eklatör pnömatik (ref. 4) veya manyetik üflemeli, kendinden sönen tip-

tendir. Bunlarda, arızanın devamı esnasında ber

yarım peryottabir tutuşma ve deşarj olacağından,

kondansatör, aynı zamanda eklatör de, zorlanmaktadır. Nisbeten daha basit bir tipde, arıza halinde

eklatör tutuşduktan sonra, bir anahtar tarafından

şöntlenir. Bu anahtar, eklatörün deziyonizasyonu

müddetince, akım nominal değere inene kadar kapalı kalmaktadır. Manyetik üflemeli eklatörlerde

de bu şöntleme tertibi bulunabilir (ref. 2). Eklatörün bu şöntlenmesi, nisbeten uzun zaman sürebilir. Bir tipde, eklatörün dayanabileceği gerilim,

tutuşma gerilimin % 70 ine, tutuşup şöntlendikten

sonra ancak 0,2 saniye sonra erişebilmektedir

(ref. 2).

Seri kondansatör bataryasının dayanabileceği

azami gerilim nominal işleme değerinin 3 ilâ 4 misli kadardır. Bir tesis için verilen adetlere göre, eklatörün tutuşma gerilimi nominalin 3,5 mislinden

yüksek, fakat 3,7 mislinden aşağı olması şart koşulmuştur (ref. 2). Diğer bir tesiste aynı adetler

3-3,3 dür (ref. 3).

Hat üzerinde arıza halinde, seri kondansatörün,

gerek eklatörün tutuşmasile gerekse, varsa, şöntaj

anahtarile, kısa devre edilmesile devreden çıktığı

müddetçe devre harici kaldığı hususu stabilite

etüdlerinde göz önünde tutulması icab eder

(ref. 5).

Neşredilmiş bazı adetleri (ref. 6) tahkik için,

İTÜ Elektrik fakültesi Enerji nakli lâboratuarındaki Analizör üzerinde yapılmış bir etüdde elde olunan neticeler, seri kondansatörün devre harici

kalmasının, moment-açı karakteristiklerinin şekli üzerinde nasıl tesir ettiğini göstermektedir.

İncelenen sistemin karakteristikleri:

Gerilim: 400 kV.

Hat uzunluğu : 500 km. 2 devre paralel.

Taşınan takat: 1400 MW. (hatbaşına700 MW)

Seri kondansatörlerle kompansasyon derecesi:

%40.

Nakiller : 3 lü demet 3 X 583 mm2 ACSR

Empedans : km. başına 0,020 + jO.294 ohm.

Suseptans : km. başına 3,88 x 10" S.

Hattı besleyen santraldaki generatörlerin direkt senkron reaktanslan 0,80 b; transient reaktanslar 0.20 b. alınmıştır. Transformatörlerin reaktanslan 0.10 b. dir.

Paralel iki devre (şekil 1) de görüldüğü gibi,

iki- türlü tesis olunabilir.

A-

\u\ \csn-

B-

HH

şekil. ı.

Stabilite bakımından daha münasib olan A şeklinde hatlar tamamen yanyana tesis edilmese dahi,

hatlar başta, sonda ve ortada seri kondansatörün civarında birbirine nisbeten yakın olacağından, iki hat da bu kısımlarda, arızaya sebebiyet verecek meselâ atmosferik tesirlere aynı zamanda maruz kalır.

B şeklinde ise hatlar bir birlerinden tamamen farklı yollar takıb edebileceğinden, arızaya sebeb olacak tesirlere aynı zamanda maruz kalma ihtimali azalır. İşletme emniyeti bakımından tercih olunacak bu tertibde, arıza halinde bir hattın tamamen açılması neticesi, transfer empodans artışı, birinci A şekline göre daha büyük olması mahzuru vardır.

Şekil 2 de, her iki türlü tertib için, muhtelif hallere tekabül eden moment - açı karakteristikleri verilmiştir.

Seri kondansatörün dayanabileceği azami gerilim normalin 3,7 misli olarak, ayrıca transient aşırı gerilim faktörü olarak da 2,5 kabul olunursa (ref. 3) tek faz ile toprak kısa devre arızasının hat boyunca yerine göre, seri kondansatör bir veya iki faz devresinden çıkmaktadır. Pratikte işletme tecrübeleri 400 kV. gibi çok yüksek gerilimli hatlar üzerinde arızaların hemen hepsinin tek faztoprak kısa devresi şeklinde olduğunu gösterdiği için, arıza cinsi olarak tek faz-toprak arızası kabul olunmuştur (ref. 7).

Seri kondansatörün bir veya iki faz üzerinde kısa devre olmasile meydana gelen muvazenesizlik analizör üzerinde kolayca gösterildiği için tekabül eden karakteristikler çıkarılmıştır. Ayrıca, hat başında bir faz-toprak kısa devresi arızasının devamı esnasında, ve seri kondansatörün iki faz üzerinde kısa devre edilmiş olması haline tekabül eden karakteristik de gösterilmiştir.

Transient stabilite etüdleri bu nevi karakteristikler göz önüne alınarak yapılmalıdır.

Not: Şekil 2 deki karakteristiklere göre, generatörlerin inersi sabiti 2,5 s olmak, hat başında vaki olacak bir faz toprak arızası 0,10 saniye açma zamanı ve 0,25 saniye sonra da kapama ile, bahis konusu tesiste 2 x 700 MW. takat taşımının, transient stabilite bakımından mümkün olmadığı çıkmaktadır.

1962 CIGRE toplantısında, bir münasebetle bu husus kendisine hatırlatılan yazarlardan biri, filhakika bu evsafta bir tesisde yükün hat başına 600 MW. kadar bulunduğunu, umumi heyette cevaben tavzih etmiştir.

REFERANS:

1 — CIGRE 1950 — rapor 332 2 — » 1954 — » 322 3 — » 1956 — » 317 4 — » 1952 — » 311 5 — H. Zimmermann, Relhenkondensatoren für Höohstspannungsnetae, AEG -Mlttellungen, AugustSeptember 1958. 6 — CIGRE 1960 — rapor 324. 7 — P. Cahen, A. Dejou, M. Magnlen, L'am6nagement du râseau françals a 880 kllovolts. Revue G6n6rale de l'Electricltfi. Janvler 1959.

E.M.M. 73-74

0.5

150' € n

1.0

0,5 \

•iz â.

•ffll

o

30°

60°

90°

120°

150° 5

tşaretler; -Ijp- Kondansatör bir faz «zerinde kısa devre

T»

ÜÇ »

1»

»>

M

J TT Bîr faz i l e toprak arasında kısa devre

Şekil : 2.

EMM. 73 - 74

1İ7