ŞEBEKELERDE AŞIRI GERİLİMLER VE AŞIRI GERİLİM KORUNMASI

Dle»el — Atternatörün durdurulması : 43 komutatörünü O pozisyonuna getirmey le 52S kontaktörünün açılması ve alternatövün şebekeden aynlnıası sağlanır. Diesel çalışmak ta ısc, motor e1 ile durduruluı

Korunma :

51N ve 51S termomagnetik röleleri şebeke

nin ve altematörün korunmasını sağlar Aynı zamanda RW2 rölesiyle birlikte, 27 rölesinin A nzah olup çalışmaması halinde, alternatörü ters akıma karşı korurlar. Volanın tahrik motörü de bir termomagnetik röle ılc korunmuştur.

Bu yazı : "Revue d'&Iectricıte et de Mecanı qııe" sayı 102 den tercüme edilmiştir

Şpbeketerdv Aşırı Geıilimler ve. Aşın Getilinı Korunması

Elektrik şebekelerinde menşei muhtelif olan aşırı gerilimlere rastlanır. Bir hattın devreye girmesi veya devreden çıkması hallerinde de a şırı geı ilimler doğabilir Meselâ bir hava hattı devıeye sokulduğu anda gerilim hat üzerinde ı şık süratiyle yürüyen bir dalga halinde intişar eder ve hattın açık ucundan iki misli değerde yansır. Salt hâdiselerinden aşırı gerilim doğma sına ait bir çok haller gösterilebilir ; meselâ, bıı kablo üzerinden geçip hava hattına giren veya hut yolu üzerinde endüktıf bir dirence (bir akım trofosunun sargısı veya bir ayar trafosunun sen sargısı gibi) rastlıyan bir dalgadan aşırı geri limler doğabilir. Devrelerin açılmasında da arzu edılmıyen aşırı gerilimler doğabilir. Meselâ boşta çalışan bir transformatörün prımeri açı lırsa magnetık akının süratle düşmesiyle d 0 /dt artacak ve bu akı değişimi ile orantılı olarak bir aşın gerilim endüklenebilecektır. Top rak kısa devrelerinde teşekkül eden aık, geri ateşlemelerden dolayı kesik kesik yanacağı için, aynı şekilde, aşırı gerilimlere sebep olur.

Şebekenin, salt tesislerinin ve transforma törlerin özel izolâsyonu öyle seçilir ki, salt hâ dıseleı inden rlolayı hâsıl olan aşırı gerilimler

Çeviren : Sazi ÖRNEKOL Y. Müh E. I. E.

umumiyetle hiç bil arızaya sebep olmazlar.

Yürüyen dalga, trafonun saıimlan arasın daki elektrik! yüklenmeyi aıttıracağı için bun lar daha kuvvetli izole edilir. Buradaki hâdise leri incelemek için, bir demir çekirdek etrafına sarılmış tek katlı sılındırık bir sargıyı ele ala lım. Sargının bir ucu topıağa bağlı olsun ve di ğer ucuna anî olarak sabit bir gerilim tatbik e dilsin. Bobin endüktansının sarımlara eşit ola rak bölündüğünü ve her sarımın toprakla ve birbiriyle kondansatörlerle bağlı olduğunu göz önünde bulunduralım. Bobin Şekil : 1 a dakı gibi olacaktır. Bobinle gerilim vetılmce bunun sarımlara taksimi Şekil 1 b deki 0 1 çizgisine göre olacaktıı. Yani saı unlar arasındaki potan siyel farkı aynı olacaktır. Fakat hakikatte ise ilk anda vazıyet bir az başkadır. îlk anda kon dansatörlerin yükü sonsuz küçük bir zaman için de endüktanslar üzerinden boşalmak imkânını bulamaz, bu suretle sanki endüktanslar birer sonsuz dırençmiş gibi gerilimin taksimi sadece bu kapasitelere göre olur. Şu halde, izolatör zin cirinde olduğu gibi, gerilimin taksimi Ş<?kıl' 1 b deki eğriye göre olur. Bu eğrinin eğimi, sar gının giriş kısımlanna yaklaştıkça artmaktadır, bunun mânası da girişe yakın sanmların arasın daki potansiyel farklarının toprak tarafmdakı lere nazaran daha fazla olduğudur.

N \ \

\

Kısa bir zaman zarfında geı ılimm taksimi şekildeki doğru durumuna uyar, ancak bir ni hai ve stasyoner duruma geçiş muhtelif frekans ve dalga uzunluklarında tecvıcen sönen titre şimler vasıtasıyle olur. Bu esnada, atlamalara kadar gidebilen elektrik! yüklenmeler olabilir. N Pratikte, çalışmakta olan bir transformatör yü

si •s

S.

100%

•Sa.riml.Okr

Şekil : 1 20

E. M. M. — 5

ruyen dalgaya mâruz kaldığında, bunlara ben zer fakat daha komplike haller mevzuubahis o lur. Bu esnada transformatoı titreşime girer ve kontıol edllennyen sargı yüklenmeleri ortaya çı kabilir.

Salgılarda hususi bn teıtıp düşünerek, ge ıılım taksimini 0 1 doğrusuna göre yapmak müm Jcündüt. Bu takdnde, gerilimin sargıya bağlan dığı anda geıılım taksimi stasyoner doğru du rumunda olacağı için titreşim ve yüksek zorlan malar aıtık mevzuubahis olmıyacaktır. Bu tarz titreşimsiz saıgıh ti ansformatörleı de yüksek ge rilim nargısı, seri bağlı bir sııa silindir sargıdan müteşekkildir. Silindir sargılar eşit gerilımleı için yapılıı, yüksek gerilim salgısına gerilim ve ı ildiği anda net sargı sun'î bir kondansatör ge çidini temsil eder. Bu suıetle silindir sargıla rın bırbnı alasında aynı potansiyel farkının bu lunması temin edilebilir.

Şuıasım tebarüz ettııelım ki Utreşımsiz ol mıyan bir ti af o da — eğer ıyı izole edilmişse aynı geıilim emniyetini haiz olabilir. Bir trans formatörün izolâsyonunda nazan dikkate alına cak bir husus da şudur ; sargının sıfıı noktası noımal zamanlaıda sıfıı goı ilimde olmakla be raber bazı hallerde, meselâ üç fazlı sistemin üç nâkilinde aynı fuzda biı yürüyen dalga trans loımatöre girdiği zaman yüksek bir gerilime u İHŞmış olur.

Salt hâdiselerinin tevlit ettiği aşın geıı lımlerden ziyade atmosferik tesirlerle »âkillerde hâsıl olan aşırı geıılımJer daha tehlikeli dirler. Bir hat, + yüklü bir bulutun yakınında ise, hat üzerinde tesıı voliyle zıt yükler hâsıl o Iur (Şekil : 2)

larak da yüksek gerilim şebekelerinde atlama lara sebep olurlar. Tesir ile indüklenen bu ge rilimler, toprak telleri vaaıtasıyle azaltılamln ler.

En tehlikeli hal, sık vukubulan, yıldııırn doğrudan doğruya hatta isabet etmesi halıdır Bu halde nâkil anî olaıak çok yüksek bn geu lım alır ve dııek veya toprak teli gün toprağa bağlı kısımlar üzerine atlamalar vuku hulabilıı Eğer toprak teli nâkillerin üstünde kâfi yüksek likte teıtıp edilmiş ise, son yıllarda tecrübeyle tesbit edildiği gibi, nâkillere düşecek olan yıl dırımlar ekseriya toprak teli tarafından yaka lanır. Toprak teline isabet eden bn yıldırım daı besı hu; bir arıza doğulmaz, elverir ki yıldırım akımı mümkün mertefee dirençsiz mı voklan toprağa akabilsin.

Tecrübeyle tesbit edılmıştıı ki yıldııım dnc ğe veya toprak telinin direğe çok yakın kısmı na isabet ederse, akımın takiıben <> 60 ı da ek üzerinden akar, kalanı da mütaakıp direkler u zerınden toprağa akar. Binaenaleyh toprak teli nin dalga direnci, bu akımı gUçleştırecektıı Şe kil : 3 a, yıldırımın direğe isabet etmen halinde ve 3. b ise, iki direk arasında toprak teline isa bet etmesi halinde yıldırım akınımın dağılışım göstermektedir. Şekil : 3 a dnkı halde direk ,ı

t

w

Şekü : 2

'

Hu esnada hiç bn aşırı genlirn hâsıl olmaz, çünkü bulut hatta yavaş yavaş yaklaşmaktadır ve hat üzerinde birbirini iten aynı isimli elekt rik yüklen topraklanmış gerilim trafoları veya toprak sargıları üzerinden akabilirler. Bulutun yükü zıt yüklü başka bir huluta veya toprağa bir yıldırım vasıtasıyle boşahrsa, artık bulutta ki yükleıle münftsebetı kalmıyan hat üzerimdeki zıt yükler .serbest kalular Bu suretle yükle o rantılı olarak aşm gerilimler hâsıl olur Yük ler ve aşın gerilimler hattın iki ucuna doğru, yürüyen dalga halinde ışık süratiyle yayılırlar Bu aşırı gerilimler orta gerilim şebekelerinde ve (daha iyi izolasyon dolayısiyle) daha nâdir o

10.

\35.

I * ffl

Şekil : a kımlarının 40 000 A ve hattâ tepe değeri olaıak 60 000 Amperi bulduğu tesbit edilmiştir. Dire ğin toprağa geçiş direnci 20 ohm ise, 60 000 Amp lik bir akım geçtiği zaman duek, 60 000X20 — 1.200.000 voltluk bir genlıme yükselıı Bu yük sek gerilim neticesinde direkten veya toprak te linden diğer nâkillere doğru geri atlamalar ola bilir. Böyle geri atlanmaların önüne geçmek için, direğin topıağa geçiş direnci mümkün olduğu kadar küçük tutulmalıda, öyle ki daima yıldı rım, akımı ve geçiş direnci çarpımı, ızolâtöıiern darbe g erilimmden daha küçük kalsın Normal

a. M, M — 6

tipleri kullanıldığı zaman, meselâ 110' kv 'life İMUuda toprak geçiş direnci 15 ohm. dan ve 50 KV. luk hatlarda ise 8 ohm dan daha küçük olmalıdır. Bu âzami hudutlar bugtln bir çok hat larda tecavüz edilmiştir. Fakat, vukubulan at lamaların büyük kısmının bu tarzda geri atla malar olduğu tecrübeyle sabit bulunduğundan, pahalıya mal olmasına bakılmaksızın direk top raklamalarını daha iyi yapmak kuvvetle tavsiye edilir. Kötü şartlarda, direğin tabanında aralık lı müteaddit borular toprağa çakılır, eğer yer £Ûtı auyu çok derinde ise bu borular 30^40 in. ı ?ere çakılmalıdır. îyi toprak şartlarında (rutu foetli zemin)" ise demir şeritler kâfidir. Bu de mir şeritler takriben 70 cm. derinlikte ve direk ten etrafa çıkan şualar şeklinde döşenirler. Ba İBaa da direk ayakları toprak içinde döşenen bir kablo ile "birbirine raptedilir. Mamafih foSyle bir Stkblonün da bir dalga direnci vardır ve direğin kablosuz halde toprak direnci 100 ohm. dan az tt& toöyle bir kablo ile ayakları birbirine bagla rriak, sadece foir az daha iyi toprak direnci elde ötmeye yanyatıilir.

Çok geniş olmıyan hatlarda kâfi yükseklik te .yerleştirilmiş bir toprak teli, direk toprakla maları da iyi yapılmışsa, yıldırım darbelerine karşı iyi bir koruma temin eder. Bir düzlem ü zerinde tertiplenmiş olan çift devre hatlarda ise hat çok geniş inşa edilmiş olduğu için, yıldırımlı mıntıkalarda iki ve hattâ 3 toprak teli çekilme lidir.

Orta gerilim hatlarında ekseriyetle tppnak teli olmıyan ağaç direkler kullanılır. Ağaç di rekler toprağa karşı gayet ıyı izole edilmiş ol dukları için (Ağaç 300 40O KV/m. lfk darbe ge rilimlerine dayanabilir)., yıldırımın doğrudan doğruya direğe isabet etmesi halindeki direk parçalanması müstesna, bulundukları hatta at moeferik aşırı gerilimlerden dolayı daha az ârı Jtay4 rastlanır. Aşırı gerilimler hat boyunca ı İ0$er ve bijhassa zayıf, noktaları seçerler. Yol âfrrta yerlerinde ağaç direkler yerine — mukave mftt noktai nazarından — demir direkler ikame ederler, bunlarda iee izolatör mesnetleri top rfit potansiyelinde olduğundan buralarda, izola tör üzerinden atlamalar olur. baha fazla ilerli aşın gerilimler de trafo istasyonlarındaki noktaları bulurlar. Ağaç direklerde de top teli kullanılabilir, bu takdirde toprak teli ..^direkte toprağa bağlanmış olmalı ve yıldırım tfmteleri kolayca toprağa akıtılabilmelidir. Bu ra rağmen ağaç izolâsyonundan gene de fayda finabilmek için toprak telini toprağa bağlıyacak O İh irtibat nakili hemen direğin tepesinden iti W e n aşağıya götürülmez, zira böyle yapılırsa $fc tesbit yeri toprağa bağlı olacağı için ağaç Mlâsyonundan istifade edilmemiş olur. Toprak İftibat nâkili bir az açıktan alınarak direğin nâ Sİllerden oldukça uzak bir. noktasına bağlanır ve toprağa kadar direk boyunca götürülür (şekil:

n

Bu kpnstrüksıyon sayesinde bir çok yıldırım darbesi yakalanır ve demir direklerde veya tra fo postalarında vukubulacak atlamalar önlenmiş olur. .Eğer hat toprak telsiz olsaydı zikredilen atlamalar vukubulurdu.

'Toprak

Şekil: 4 Bütün tedbirlere rağmen tesadüfi atlamalar hesaba katılmalıdır. Bunların içinde, trafolarda husule gelenlere nazaran şebekedekilSr daha iyi dir. Bu yüzden istasyonun izolâsyon derecesini hattınkıne nazaran daima daha yüksek seçmek lâzımdır, fakat bugüne kadar, yüksek fiyat yü zünden hattın izolâsyonu hiç bir zaman geçile memiştir. Şurasına dikkat edilmelidir ki, kısa süreli aşın gerilimlerde yalnız atlama gerilim lerinin tesiri olmaz, bilâkis izolatörlerin boşal ma gecikmesinin de rolü vardır. Bir izolatör üze rine kâfi yükseklikte bir darbe gerilimi gelse, atlama için küçük fakat ölçülebilen bir müdde tin geçmesine ihtiyaç vardır* 50 frekansta aynı atlama gerilimini haiz iki tip izolatör, bir dar beye mâruz kalsalar, atlama, boşalma gecikmesi daha küçük olan izolatörde vukubulur ve netice de ikinci izolatörün yükü azalmış olur. Bir darbe gerilimini karakterize etmek için (meselâ aşırı gerilim alıcıları — parafudr — nm tecrübelerinde), yalnız gerilimin makHlmum de ğerini vermek kâfi değildir, dalganın seklini de vermek lâzımdır. Şekil : 5 bir darbe dalgasının gerilim eğrisini zamana tabi olarak göstermek tedir. *• 0,1. U max. ve 0,9 Umax. noktalarım birleş tu^en doğrunun âbsis eksenini ve gerilimin max imûm değer doğrusunu kestiği noktalar arasın daki yatay mesafe Ts 'Vhn süresi" ni verir. Th, yarı değer süresidir. Umumiyetle Ts alm süresi 0,5 mik. sec. ile 5 mikj, sec. arasında ve Th yari değer süresi ise 5 mikro sec ile 500 mik. »ac. arasında olabilir.

—s

o.ta'ma*

Şekil : 5 Tesadüfi atlamalar hesaba katıldığına göıe k hatlarda aşırı gerilim için koiuyucu cihaz ko nulup konulmaması suali ortaya çıkaı. Bu ci hazlar prensip olarak bir şerare aralığından ı barettııier ve hattın atlama geıihminden daha aşağı bir gerilimde çalışıılar. Böyle biı cihaz da çok küçük bir boşalma gecikmesine müsaade edilir. Aşırı gerilimden doğan yükleri süratle akıtabilmek ve aynı zamanda gerilimi düşülmek için böyle biı şerare aralığı pek cüz'i bir direnç vasıtasiyle toprağa bağlanmış olmalıdıı. Fakat bu, aşın gerilimin sönmesinden soma da işletme geriliminin tesiriyle sabit dnenç üzerinden gene bir akınım aksamına mâni olamaz, bu takdirde ark söndürülemez. Bu gibi güçlükler son sene lerde piyasaya çıkarılmış olan paıafudrlar la hal ledilmıştir. SAW —alıcısı (AEG), Rozorbit a lıcı (BBC), Katod alıcısı' (SSW).

Rezoıbit alıcı (BBC), birbhıne seıi bağlı dirençlerden müteşekkil olup ayrıca bir de sön dürme şeıare mesafesini ihtiva eder. Seıamik kütlelerden imal edilmiş olan bu dirençler de ğişken olup, gerilim yükseldiği zaman azalan bir karakteı istiğe sahiptir. Böyle bir dirençle bir likto söndürme şerare mesafesinin akını gerilim karakteristiği Şekil : 6 da gösterilmiştir. Şerare mesafesinin konulmasiyle, aşırı geıilimin akıtıl masını mütaakıp söndürme devıesi hattan ayrıl mış olur.

Aşın gerilim parafudrları bugün geniş ölçü de trafo istasyonlarının ve tevzi şebekelerinin koıunmasında kullanılmaktadır. Ayar transfor matörlerinin hat tarafındaki sargılan da tehli keye mâruz olduklarından bunlar da parafudrlar vasıtasiyle korunurlar. Bundan başka parafudr lar ekseriya transformatörün sıfır noktasına da bağlanır, zira aşın gerilimler vukuunda sıfır noktası da toprağa nazaran yüksek gerilimlere ulaşabilir

Daha ucuz, fakat daha az kabiliyetli biı a şırı gerilim koruması da sdndüıme borulu paıa fudr ile olur. Bu, üstte bir sıvıi uç ve altta kon

B. M. M. — 5

kav bir elektıodu ihtiva eden bir izole borudan ibarettir. Alttaki elektrod toplanmıştır.

Bir aşırı gerilim hâsıl olduğu zaman, dış ve iç şerare mesafesi üzerinden atlat Farafudr ile toprak alasında direnç olmadığı içm, iki ve ya üç paıafudr bıı den çalıştığı zaman bunlar uzuı inden hat ıkı veya uç fazlı kışlı devre ol muş olur. Şu halde derhal açılması lâzımda. İç kısımdaki arkın tesiriyle İzole boru tarafından gaz neşredilir ve bu suıetle hâsıl olan tazyikle ark a şağıya doğru itilir ve bir kaç yan peryod da sbndüıülür. Böyle bir paraf udi un kullanılma sı, yukarıda bahsedilen kısa devi e takati ile tâym ve tahdit ediliı. Filvaki bu takat ne çok büyük ne de çok küçük olamaz, küçük olduğu takdiule arkın söndürülmesıne yetecek mıktar

/ 11,

KV,

^*

—•

tt : f u

2. 3 4

Şekil : 6 da gaz hâsıl olmaz. Kompanse edilmemiş bir şe bekede tek fazlı olarak çalışması halinde kesi len akım paıatudıun alt smıı akımından da aşa ğıda olur. Mamafih gerilim bakımından parafudı uygun çalışır, zira akımın sıfırdan geçmesi es nasında söndürme vukubulur ve bundan sonra gerilim aniden değil, tedneen yükselir Şu hal de parafudı akımı uygun bir şekilde keser. Aynı şeyler kompanse edilmiş şebekeler için di' va ı ittir. Böyle şebekelerde tek fazlı atlamalar top rak bobrnleıi tarafından söndürülür, iki veya çok kutuplu atlamalaım yakalanma ve söndü rülmesi için de söndürme borulu paıafudrlar uygundur. Esas olaıak bu tıp parafudrlar, kısa devre takati büyük olmıyan nihai istasyonların koıunmasında kullanılırlar. Böyle istasyonlarda, yıldııımlı zamanlarda trafonun yüksek gerilim tarafındaki sigortalan sık sık erimeye mâruz kalırlar, buna sobep geçit izolâtörlerindeki at lamalardır. Burada söndürme borulu parafudr hâdisenin daha hafif geçmesini temin edeı. Bun dan başta bu tüp paıafudrlar hatlarda, en teh likeli direklcıe yerleştirilir (meselâ ağaç direkli hatlarda uçlardaki demir diıekleıe).

Söndüımii borulu paıafudıun yapısında, sön dürme esnasında çıkacak gazların etrafa zarar veımiyecek şekilde olmasına ve gerilim altın daki kısımlara rastlamamasına dikkat edilmeli dir. Bundan başka meskûn mahaller için, para fudr çalışırken çıkacak olan patlama şeklindeki çok şiddetli gürültüler nazarı dikkate alınmalı

dır. Ancak, söndürme borulu parafudrun gecik me zamanı aynı şekildeki, gerilime tabi bir di renci haiz olan bir parafudra nazaran çok bü yüktür. Bu sebeple, parafudr çalışıncaya kadar, korunması gereken tesisler çok yüksek aşırı ge rilimlere mâruz kalırlar. O halde, korunması is tenen tesisler çok kıymetli ise pahalı olmakla beraber gene de gerilime tabı direnci haib para fudrlann kullanılması şarttır.

Mümkün olduğu kadar arızasız bir işletme ye ulaşmak için bir tesis dahilindeki muhtelif izolâsyonları birbirine ayarlamak lâzımdır, öyle istenir ki parafudr, meselâ izolatörlerde bir at lama vukubulmadan evvel çalışsın. İzolatörlerin atlama geriliminin de ti ansformatdrlerin iç kıs mının atlama geriliminden daha küçük olması ta tenir. Çünkü bir atlama hâdisesi trafo dahilinde olursa zarar büyük olur, halbuki izolatörde olur sa kolaylıkla değiştirilmesi mümkündür.

Yeraltı kablolarının, toprak vasıtasiyle at mosferik tesirlerden korunduğu kabul edilmekle beraber, gene de tesadüfi yıldırım darbeleriyle hasıl olan hasarlar tesbit edilmiştir Mamafih bu gibi hâdiselere ancak iletkenliği kötü olan zemin

lerde tesadüf edilmiştir. Yıldırım kabloya isabet ettiğinde çelik zırh ve kurşun kılıf boyunca, top rağın iyi bir iletkenliğe sahip noktalarına nü fuz etmeye çalışır

Yüksek genlım tesislerinde şahıslar tarafın dan dokunulabılen salt teçhizatı, ti ansformatöı kazanı v. s. gibi gerilimsiz kısımlar vardır. Bu gibi kısımlar bir hata neticesinde genlim alırsa, kaza tehlikesi mevcuttur. Bu yüzden bu kısımlar mümkün mertebe dirençsiz olacak topraklan malıdır Bir faz böyle bir kısma temas ettiği an da, toprak kısa devre akımını alacaktır. Ni zamnamelere göre topraklama direnci öyle kü çük olmalı ki, «.topraklama direnci ve toprak a kımı» çarpımı 125 volttan küçük olsun. Bu mik tar yüksek gözükmektedir. İnsanlar için tehli kesiz olarak kabul edilen gerilimler 65 volttan küçük olanlardır. Mamafih burada 125 voltun hepsi dokunan şahsa isabet etmez, zira şahsın toprağa geçiş direnci de bu gerilimin çoğunu alır. Hususi hallerde (ıyı iletkenliği haiz ze minler v. s.) pek tabiidir ki 125 V. dan daha a şağı değerlerde kalmak mecburiyeti vardır.

ELEKTRİK FAKÜLTESt 1956 1957 Ders Yılı Konferansları

Konferansı veren öğre tim üyeni

Konforunun mevzuu

Gttnü

Doç. Dr. T. ÖZKER

Modern Elektrik Devreleri Teorisi

I: Devre Analizinin Temelleri

17 Nisan 1957

II : Devre Sentezinin Temelleri

24 Nisan 1957

Prof. S. ELBÎ Prof. H. GÜRMEN

Hail Generatörleri ve Tatbikatı Elektriğin Tarihçesi

8 Mayıs 1957 15 Mayıs 1957

Doç. H. ÖNAX,

Ferromagmetik Malzeme imaJinde

Dos. M DİLEĞE Doç. I. GÖNENÇ

Teorinin Gösterdiği Yollar Demet İletkenler Yıldırımın Teşekkülü ve

Tesirleri

22 Mayıs 1957 27 Mayıs 1957 29 Mayıs 1957

Konferanslar saat 17.30 da, İsta abul Teknjik Üniversitesi, Gümüşsüyü binasındaki konferans salonunda verilecektir Bu konferanslara herkes gele bilir.

E, M. M. » 5