TOPRAKLAMA REAKTÖRLERİ İLE NÖTR İLETKENLERİNDEKİ ÜÇÜNCÜ HARMONİK AKIMLARININ SÖNDÜRÜLMESİ

Diğer tip çekirdek konstrüksiyonları için bil hassa aşağıda 5 (e) de açıklandığı veçhile neti ce tetkik mevzuu olur.

2 — Üçgen bağlı tersiyer sargının ihmali ile değişen karakteristikler aşağıdadır :

a Sıfır bileşen empedans karakteristikleri, b Üçüncü harmonik karakteristikleri.

3 — Bu karakteristiklerin ne kadar tesir al tında kalacağı trafo da kullanılan magnetik dev reye bağlıdır. Eğer üç bacaklı üç faz çekirdek kullanılırsa, tersiyer sargının ihmal tesirleri, di ğer tip çekirdeklerin kullanılması ile hasıl ola cak tesirlerden pek çok azdır.

4 — Fondamental frekansdaki pozitif bile şen karakteristikleri tersiyer sargının ihmali ile tesir altında kalmazlar.

5 — Mevzu ile ilgili tetkik edilecek problem ler aşağıdadır:

a) Sistemdeki X0/Xı oranına olan tesir. b) Arıza akımları ve sistem arızalarında kul lanılan röle çalışmaları üzerindeki tesir ler.

c) Telefon girişim (enterferans) ihtimali . d) Faz nötr dengesiz yüklenmesi halinde ge rilim ayarlanması üzerine tesirler. e) Transformatörün üçüncü harmonik en düktif reaktansı ile hava hattının üçüncü harmonik kapasitif reaktansının seri re

zonans devresi teşkil etme ihtimali. Bu devreye trafo sargılarından üretilen üçün cü harmonik gerilimi tatbik edilmiş olur. Bu hal tehlikeli gerilimlere sebep olur.

6 — Üç bacaklı çekirdek konstrüksıyonu için, yüksek relüktanslı sıfır bileşen fluks yo lu ve trafo kazanı tersiyer sargı tesirlerini önemli miktarda hasıl ederler. Bu husus diğer tip çekirdekler için doğru değildir.

REFERANSLAR

1. American Standard Definition of Elect ncal Terms, AIEE, August 1941, s. 76.

2. Zero phase sequence characteristics of Transformers, A. N. Garüı, General Electric Review, Schenectady, N. "Y., Volume 43, 1940, s. 131 136 ve 174 179.

3. The Whys of tfce Y's, A. Boyajian and B. A. Cogbill, General Electric Company Pub lıcation GEA 6605.

4. Inversion Currents and Voltages in Au totransformers, A. Boyajian, AIEE Transactions, Vol. 49, April 1930, s. 810 822. •

5. A zero sequence Equivalent Circuit of Autotransformer Connections which Yields Ne utral Shift, B. A. Cogbill, AIEE Transactions, Vol. 75, 1956, s. 1228 1232.

UDK: 621.316.935:621.3.018.3

Topraklama Reaktörleri İle Nötr iletkenlerindeki Üçüncü

Y azan : Walter PUTZ

A. E. G.

Çeviren : . Y ılmaz TUFAN.

Müh E. E 1.

Üç fazlı dört telli sistemlerin nötr iletkenlerinde, yüksek üçüncü harmonik akımlar zu , hur edebilir, aşağıdaki yazıda bu akımların orijini izah edilmekte ve generatör nötr nok tası ile toprak arasına bir reaktör bağlamak sureti ile söndürülmeleri tavsiye olunmak tadır. Bu tip reaktörlerin boyutlandınlması için lüzumlu değerler ve bilgi verilmiştir

ÜÇÜNCÜ HARMONİK AKIMININ SEBEBİ

Bir kaç bin kVAlık enerji tesisleri, ekse riya üç fazlı dört telli nötr iletkeni akım ta şıyan ve topraklanmış sistemler olup meselâ 220/380 Volt gerilimli böyle bir sistemin avan tajlarını, burada saymağa lüzum yoktur. Şekil 1 de bir besleme girişi ve lokal enerji genera törleri olan bir sistem gösterilmiştir. Bu tesi satın nötr iletkenlerinde nominal frekansın üç misli frekansda (150 Hz) makina ve transfor matör nominal akımlarının takriben üç misli

12.

genlikte yüksek akımlar husule gelebilir. Ge neratörlerin yüklerine tabi olarak bu akımlar bazen büyük bazen küçük değerler alıp, gene ratör, transformatör ve fiderler için ilâve yük teşkil ederler. Üçüncü harmonik akımları generatörlerin faz gerilimleri içindeki üçüncü harmonik bileşenlerinden dolayı husule gelir ler. Fazların herbirinin üçüncü harmonik geri lim bileşenleri birbirleriyle aynı fazda olduk larından yıldız bağlamadan dolayı faz arası ge rilimde birbirlerini yok ederler;

a m uı 53;.

1ilr Ji 1

«#•

JÜT

2 *—

Transformatör OenatfyTörl GeneraförZ ŞekilV Hanci beslemez// re /alcaI li/re+'/mlî tur.&ı&irmc/* 3. bcrrmo/r/i

1*1*.

j7

saf aktif yükle distorisyona uğramaktadır. Bu hal sebepsiz gibi görünen üçüncü harmonik akım larının husulünü izah eder. Meselâ, iki eş gene ratör eşit yükte ve güç faktöründe parelel ça lışsalar üçüncü harmonik gerilimleri eşit ve ay nı fazda olurlar. Bunlar dış devrede birbirlerini yok ettiklerinden üçüncü harmonik akımı görül mez Şimdi makinelerden birinin yükü veya ikazı değiştirilirse onun üçüncü harmonik gerilimi bi leşeninin genlik ve fazı değişeceğinden husule gelen fark gerilim, nötr iletkenlerinden akım geçirir.

w

l2 Yaklu Lir ge/rera/Srûn 3. har monit< fa* ff«rı/ımınti) clçölmesi

Mamafih şekil 2 deki tertip ile kolayca ölçüle bilirler. Generatör R S T şebekesine bağlanmış olup meselâ üç adet .eşit değerli dirençle suni bir nötr noktası yapılır ve generatör yıldız nok tası ile bu nokta arasında üçüncü harmonik gerilimi ölçülür. 150 frekanslı adı geçen geri limler her nekadar 450 ve 750 frekanslı küçük gerilim bileşenlerini de ihtiva ederse de bunlar incelediğimiz durum için önemli değildirler. Şe kil 3, 225 kVA lık bir çıkık kutuplu alternatö rün üçüncü harmonik gerilimini U3, yük akımı nın nominal" akıma oranına göre ve muhtelif güç faktörlerinde faz geriliminin yüzdesi ola rak gösteriyor. Şekilden görüleceği üzere % 23 gibi büyük bir genliğe varan üçüncü harmonik gerilimi akım ve güç faktörü ile geniş ölçüde değişmektedir. Generatörün üçüncü harmonik gerilimi yüksüz durumda küçüktür, fakat yükün artışı ile fazlaca büyümektedir. Hâdisenin sebe bi, yükle artan endüvi reaksiyonunun hava ara lığında yaratığı alandır. Çıkık kutuplu makına larda stator devresinde takriben sınüsoidal ola rak yayılmış amper sarımlar, kutup başlarının arasındaki aralıklardan dolayı farklı relüktans görmekte, böylece fazlaca distorsiyona uğramış bir endüvi alanı husule getirmektedir. Bu alan kutupların (uyarma) alanına ilâve olur. Şekil 4 deki eğriler, kısa devre oranı küçük 0.67 olan 50 KVA lık eski bir generatör üzerinde ossi lögrafla alınmış olup, 1 ve 0 güç faktörlerinde tam ve O yükte uyarma alan şiddetini, faz ve faz arası gerilimlerini göstermektedirler. Şekil 4tf de uyarma alanının, 1 güç faktöründe, dö nüş yönüne göre kutbun gerideki ucuna doğru kaydığı açıkça görülmektedir. Yani rotor, fluk su kendi gerisinden çekmekte ve fluks yüksek

E. M.M 5 3 .

45 I/3/3 .Un t«

S ok,m a ffone 3 J/armonik £>* t

ÖNLEME USULLERİ

Üçüncü harmonik akımlarının, statorda, 2/3 e kısaltılmış adımlı sargılar kullanmak sureti ile söndürülmesine teşebbüs edilmiş ise de, üçüncü harmonik gerilimlerini tamamen yok eden bu usul, stator hacmini % 15 arttırdığından ve sı fır reaktansını normal değerlerin çok altına dü şürdüğünden tatminkar değildir. Mamafih bu metoda yapılan esas itiraz şudur • Böyle bir ma kine, normal sargılı bir makine ile parelel çalı şırken ikincisinin üçüncü harmonik gerilimleri yine de nötr iletkenlerde aynı akımların akma sına sebep olmaktadır. Daha ucuz ve tesirli bir söndürme metodu, her bir generatörün yıldız noktası ile nötr iletkenler arasına topraklma reak törü bağlamaktır.

TOPRAKLAMA REAKTÖRÜ

Reaktans değerini tesbıt ederken iki nokta nazarı ıtıbare alınmalıdır. Değer, akımları sön dürecek büyüklükte olmalı fakat çokta büyük

'\

Şimdi bir generatörün müstakil olarak çalış tığını ve l o = y l n gibi bir nötr akımı verdiğini farzedelim. Akımın güç faktörü Cos f olsun (1)

eşitliğinden, Xx reaktansından dolayı yüklü faz daki gerilim :

veya /\U =

Ş»kiL 4 . 50 kVA 1,1c jeneratörün ilatz, faz ı/e fax ara i/ ı/o/Zof 9ğ>n'/er/ ( {kaz (f/u£s) eğriz, hakılri foT aç / {.jnola ç /jr >lmç/n/ş ///• J a ' yüksüz . b: ham yek Cos, ?>•= S

olmamalıdır; zira fazların birisinden çekilecek yüksekçe bir akım, aşırı bir faz nötr gerilim düşümü yapar. Mamafih reaktansın 150 frekans ta, 50 frekanstaki değerinin üç misli oluşu prob lemi basitleştirmiştir. Üçüncü harmonik akım larını hesaplarken şekil 5 deki generatörlerin eş oldukları, fakat aynı yükle yüklenmediklerin den, üçüncü harmonik gerilim bileşenlerinin zıt fazda oldukları kabul edilebilir. Üç veya daha fazla generatör paralel çalışırken şartlar daha karışık ve gayri müsait olur; ancak yapılan bu kabul şimdilik kafi görülmektedir. Yazının so nundaki sembolleri kullanarak generatörün ve reaktörün reaktansları şöyle yazılabilir:

50 Hz için X, = X |

(D

150 Hz için X3 = 3X + Xo

ve 3 harmonik akım •

(2)

1 = JiL

3 ~ X3 = 3X + XO

veya

(3)

3X+XO 3 X 4 X

(4)

veya A U = 3 (3

. 100 %

? 4 E h l i ğınden)

Reaktörün termik karakteristiği I3 ve Io akımlarını devamlı taşıyacak şekilde olmalıdır.

Yani:

= Jll JÎ =

Bu, reaktörün 50 Hz irca edilmiş gücünü bul maya yarar.

Pd = X . 13

Böylece generatör gücüne oranlanırsa;

Pd

X(&+r*) 1?

, X ...

Ayrıca, reaktör öyle hesaplanmalıdır ki, Io ile I3 ün toplamının maksimum değerlerinde nüvede doyma olmasın.

Başlıca değerler X/Zn oranına göre tablo 1 de verilmiş olup hesaplar aşağıdaki kabullere göre yapılmıştır.

0.20 (3. harmonik, faz nötr geriliminin % 20 sı)

Xo 0.05 (sıfır bileşen reaktansı generatör empedansının % 5 i)

y

0.20 (Nötr akım nominal akımının %

20 si genel olarak % 15 e mü

saade edilir).

Cos <f = 0.80 (Nötr akımı güç faktörü)

X = 0.30 değeri için yapılan hesaplama

Zn lar elverişli değerler vermiştir. Gayri müsait şartlar altında 3. harmonik akımı nominalin % 211 yani faz başına % 7 si olmakta gerilim dü şümü ise % 3.8 ı bulmaktadırki her iki değerde normal sınırlar dahilindedir.

Tablo : 1

x/zn

P = Is/I

30.8

21.1

14.3

0.2

0.8

1.40

2.0

2.60

3.80

5.60

id / i n

4.00

1.02

0.603

0.447

0.367

0.290

0.246

—

Pd / P g

1.74

1.22

1.00

0.90

0.84

0.91

Tablo 1 den bir topraklama reaktörünün ana boyutları çıkarılabilir, burada U n , In ve F nominal faz arası voltajı, faz akımı ve fre kanstırlar, küçük bir emniyet payı ile frekans 3F de akım

I d = 0.30 I n

3F de reaktans

X , = 3 . 0,30. ^1 V^In

= 0,52 — in

Id akımı ile ve 3F de gerilim

U — U o = 0,30. I n . 0,52 UD / I n

A.E.G. 100 ilâ 2200 kVA İlk generatörler için topraklama reaktörleri imâl etmiştir. Bu kuru tıp reaktörler demir nüveli olup tabii hava soğutmalı ve kısa devre korunmalıdır. En kötü şartlar altında reaktörlerde husule gelen kayıp lar % 1 ilâ 0,5 gibi kabili ihmal değerlerdedir.

sı

JJffi U

$»kîl 5". Topraklama r*aLJ orıi bulunan 3 fax/ı a/arj teltı sTstem

Ayrı bir kaynaktan beslenen bir transforma törün sekonderi generatörler ile paralel bağ lanırsa (sekili), bu halde sadece generatörlere

••••»•»•••»»••»••

»••••••••••••••••••••••••»»»•••»»»»»t

reaktör bağlamak kâfidir; çünkü transformatör lerin sekonderleri zik zak yıldız ve bağlantı ları üçgen yıldız olduğundan 3. harmonik akımı vermezler. Fakat böyle bir sistemin dengesiz yüklenmesinde transformatör nötr noktaları ge neratörlere nazaran daha büyük nötr akımı pa yı alırlar çünkü monofaze akıma daha az bir empedans gösterirler. Eğer transformatörün gü cü generatörlerin toplam gücünün % 25 inden az ise bu hal transformatörün aşırı yüklenme sine sebep olabilir. Buna mâni olmak için trans formatöre de bir 50 Hz reaktör bağlanır ve trafo nötr akımının nominal akımı aşmaması temin edilir. Reaktör aynı zamanda 3. harmonik akım larının tesirinden transformatörü korur.

SEMBOLLER

Un

Generatör nominal faz arası gerilimi

In

» akımı

» frekansı

» f a z nötr gerilimi

Zn = U / I n

» empedansı (n)

Xo

> sıfır bileşen reaktansı

(O) VDE 0530 § 9 a göre

Xo = X 0 /Zn

bağıl sıfır bileşen reak

tansı

X

reaktörün nominal frekanstaki reak

tansı (o)

Io

generatörün tek fazlı akımı

Uo

tek fazlı yükü besleyen şebekenin

faz nötr gerilimi

U3

3. harmonik gerilimi

Is

3. harmonik akımı

a=U3/U p=Is/I» y=Io/In

SATILIK

ELEKTRİKLE İZABE FIRINI

BAKIR. PİRİNÇ. ALÜMİ NY UM, ÇELİK İZABESİ İÇİN, SON SİSTEM

ALMAN

MALI

Tel: 49 32 81 PK. 1047 Galata