Akım Karakteristikli Seçicilik ve Lojik Karektreristikli Seçicilik
Elektrik tesislerinde korunan ekipmanlarda hata oluştuğunda, ayarlanan değerlerin üstünde değer alan röleler işletmeye girer ve bu durumda korunması istenen sisteme bağlı kontaklar dizisi açılıp veya kapanarak hatalı bölümün devre dışı olması sağlanır. Bu bölümde, Zaman Karakteristikli Seçiciliği ele alacağız.1. Zaman Karakteristikli Seçicilik
Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi güç sistemi boyunca aşırı akım koruma sistemi; koruma ünitelerinin açma sürelerini, gereken şekilde farklı değerlere ayarlama esasına dayanır.
Şekil 1: Zaman karakteristikli seçicilik
İşletme Tarzı
Şekilde görülen hata, A, B, C ve D aşırı akım koruma üniteleri tarafından aynı anda algılanır. Ancak koruma ünitelerinin harekete geçme süreleri sistemde aşağıdan yukarıya doğru geciktirilerek ayarlandığından en önce D ünitesi açma yaptırır ve A-B-C üniteleri stand-by pozisyonuna geri döner.
Her iki ünitenin arasında işleme süresi arasındaki farklılık seçicilik aralığı olarak tanımlanır ve
∆t = TC + tr + 2dt + m ifadesi ile belirlenir.
TC: Alt kesiciye ait cevap süresi ve ark sönme süresi dahil toplam kesme süresi
dt: Gecikme toleransı
tr: Üst kesicinin harekete geçme süresi
m: Emniyet payı
Genellikle ∆t = 300 ms alınır.
Zaman karakteristikli seçici sistemin;
Koruma sistemi kendi kendini yedekler. Koruma sistemi arızadan dolayı aktif hale geçemeyip açtırma yapamazsa ∆t süre sonra C ünitesi aktif hale geçerek arızalı bölümü devreden çıkartır.Dezavantajları
Kademe sayısı fazla olduğunda en üst kademedeki koruma ünitesi en uzun süreye sahip olacağından arıza temizleme süresi ekipmanın kısa devre dayanımı açısından uygun olmayabilir.
Uygulama
Zaman karakteristikli, seçici sistemde sistemden geçen akım rölenin ayarlanan akım eşik değerini aştığında zaman rölenin zaman mekanizması aktif hale geçer. İki tip zaman karakteristikli röle vardır..png)
Şekil 2: Koruma röleleri zaman karakteristikleri
1) Sabit Zamanlı Röleler
Uygulama şartları
ISA > ISB > ISC ve TA > TB > TC
olur. Seçici zaman aralığı ise genellikle 300 milisaniye alınır.
2) Ters Zamanlı Röleler
Rölelerin akım eşik değerleri In nominal akım değerlerine ayarlanırsa bu tip aşırı yük röleleri aynı zamanda kısa devre koruması da sağlar.Uygulama şartları
InA > InB > InC
ve
IsA = InA = InC
Zaman gecikmeleri alt taraftaki koruma rölesinde görülen maksimum akım için seçici zaman atralığı göz önüne alınarak yapılacaktır. Eğrilerin çakışmaması için aynı tip zaman eğrileri kullanılacaktır.
2. Akım Karakteristikli Seçicilik
Akım karakteristikli seçicilik, güç sistemi içinde kaynaktan uzaktaki hatada yani kaynakla hata yeri arasında hata akımının değerini ayarlanabilir bir şekilde azaltacak empedansların (transformatör, uzun enerji taşıma hatları gibi) bulunması durumunda uygulanır.
Şekil 3: Akım karakteristikli seçicilik
İşletme tarzı
Akım koruma üniteleri, her bir bölümün başlangıcına yerleştirilir. Açtırma akım eşik değeri izlenen bölümün yanı üst bölümün minimum kısa devre akımından büyük değere, alt bölümde meydana gelen maksimum kısa devre akımından büyük değere ayarlanır.
Akım karakteristikli seçici sistemin;
AvantajlarıAyarlanan açtırma akım eşik değerlerinde her bir koruma cihazı kendi koruduğu bölümde hata meydana geldiğinde aktif hale geçer. Koruduğu bölümün dışında meydana hatalara karşı duyarlı değildir.
Transformatör tarafından ayrılmış hatların bölümleri için bu sistemi kullanmak basitliği yanında hızlı açmayı sağladığı gibi maliyetlerinde düşük olmasını sağlar.
Dezavantajları
Üstteki A ünitesi altta bulunan B ünitesi için yedek koruma sağlamaz. Alt ünitenin koruma sistemi çalışmadığı durumlarda A ünitesi söz konusu bölüm için koruma yapmaz.
Pratikte seri bağlı iki ünite için ayar değerleri belirlemek zordur. Arada transformatörün bulunmadığı orta gerilim sistemlerinde kullanılması çok zordur.
Uygulama
Aşırı akım değerleri ayarlaması için;1,25 IScBmax < ISA < 0,8 IScAmin
şartının sağlanması iki ünite arasında seçici ayırmayı gerçekleştirebilir.
Şekil 4: Akım karakteristikli seçicilik eğrileri
3. Lojik Seçicilik
Bu sistem zaman karakteristikli seçici sistemin sakıncalarını ortadan kaldırmak için geliştirilmiştir. Bu yöntem hata giderilme süresi nekadar olacağı belirlendikten sonra kullanılır.
Şekil 5: Lojik seçicilik
İşletme tarzı
► Koruma üniteleri arasındaki lojik dataların düzenlenmesi seçici zaman aralıklarına ihtiyaç duyulmasını ortadan kaldırır. Böylece kaynağa yakın kesicinin açma süresinde dikkate değer bir azalma olur.
► Radyal güç sistemlerinde, sadece hata yerinin üst tarafına yani besleme tarafına yerleştirilen kesici aktif hale gelir hata yerinin altındaki kesici aktif hale gelmez.
► Hata nedeniyle aktif hale gelen kesici aşağıda belirtilen kontrol sinyallerini gönderir.
► Kendisinden üst seviyede bulunan kesiciye açtırma süresini bu kesicinin açtırma süresini artırmak için blokaj sinyali gönderir.
►Alt seviyedeki kesiciden blokaj sinyali almamışsa ilgili kesiciye açtırma kumandası gönderir.
Bu prensip aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.
Şekil 6: Lojik seçici açtırma çalışması
► B alt tarafta hata meydana geldiğinde B deki koruma ünitesi A'daki koruma ünitesini bloke eder.
► Sadece B'deki koruma ünitesi TB gecikmesini müteakip açtırmayı tetikler.
► Aradaki açtırma ünitesi için blokaj sinyalinin süresi TB+T3 ile sınırlandırılmıştır. T3 > = B kesicisine ait çalışma ve ark sönme süresi olup tipik olarak 200 milisaniyedir.
► Eğer B kesicisi herhangi bir nedenle açtırma yaptırmazsa A kesicisi TA süresi sonunda ait olduğu kesicite açtırma yaptırır.
► A ve B arasında hata meydana geldiğinde A kesicisi TA süresi sonunda açtırma yapar.
Lojik karakteristikli seçici sistemin;
AvantajlarıAçtırma süreleri seçicilik zinciri içinde hatanın yeri ile ilğili değildir. Bunun anlamı şudur ; seçiciliğin sağlanması kısa süre gecikmeli üst taraftaki koruma ünitesi ile uzun süre gecikmeli alt taraftaki koruma ünitesi arasında gerçekleştirebilir.
Dezavantajları
Koruma ünitelerinin farklı seviyeleri arasında lojik sinyallerin gönderilmesi gerektiğinden ilave bağlantı hatları tesis edilmelidi. Bu ise kontrol üniteleri birbirinden uzaksa dikkate değer zorluklar meydana gelir.
Uygulama
Bu prensip birden fazla seçicilik seviyeli ve radyal branşmanları haiz orta gerilim güç sistemlerinde sıklıkla kullanılır.
4. Yönlü Koruma Seçiciliği
Gözlü güç sistemlerinde, her iki taraftan beslenen hatlarda, hata akımının akış yönüne duyarlı olan bir koruma ünitesi gereklidir. Hata yerini seçici olarak belirleme ve hatalı kısmı ayırmak için yönlü aşırı akım koruma üniteleri kullanılır.
İşletme tarzı
Şekil 1: Yönlü koruma seçiciliği
Şekilde görüldüğü gibi akım yönüne göre rölenin hareketleri farklıdır. Koruma ünitesinin çalışma sistemi aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.
Şekil 2: Yönlü koruma sisteminin çalışması
D1 ve D2 kesicileri baradan kabloya akım akışı halinde aktif hale gelen yönlü koruma üniteleri ile donatılmıştır.
⇒1 noktasında hata meydana geldiğinde sadece D1 ünitesi aktif hale gelir. D2 ünitesi akım yönünü algıladığından D2 ünitesi hatayı algılamaz. Sadece D1 ünitesi açtırma yaptırır.
⇒2 noktasında hata meydana gelmesi durumunda her iki durumda hata algılanmaz ve D1 ,D2 kesicileri kapalı kalır. Diğer koruma üniteleri baraya koruma açtırması yaparlar
5. Diferansiyel Koruma Seçiciliği
Bu koruma üniteleri aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi güç sisteminin her iki ucundaki giriş ve çıkış akımlarının karşılaştırılma esasına dayanır.
Şekil 3: Diferansiyel koruma prensip şeması
Korunan bölgede hata meydana geldiğinde giriş ve çıkış akımları arasında farklılıklar görülür. Bu akım farkından dolayı diferansiyel koruma ünitesi harekete geçer ve bu koruma ünitesi korunan bölgenin dışında meydana gelen hatalara karşı hassas olmadığından diferansiyel koruma yapısı itibarıyla seçici bir korumadır.
Diferansiyel korumanın düzgün çalışması ve dış hatalardan dolayı yanlış açma yapmaması ve şebeke davranışından etkilenmemesi için her iki uçtaki akım transformatörleri özel boyutlandırılır.
Aşağıda belirtilen nedenlerden dolayı diferansiyel koruma sistemi hata olmadığı halde yanlış açma yapar.
Transformatorun mıknatıslama akımı. Özellikle transformatoru devreye alırken akım darbeleri meydana getirir.
Hat kapasitif akımları . Özellikle nötrü yalıtılmış veya yüksek direnç üzerinden topraklanmış şebekelerde şebekenin herhangi bir yerinde toprak hatası oluştuğunda ortaya çıkar.
Akım transformatorlarının farklı satürasyona uğraması sonucu ortaya çıkan durumdur.
Diferansiyel koruma sistemlerinde yukarda sayılar nedeniyle hatalı açmayı önlemek ve stabil çalışmayı sağlamak için iki metod vardır.
►Yüksek empedanslı diferansiyel koruma ünitesi kullanmak. Aşağıda şekilde görüldüğü gibi diferansiyel röle seri olarak stablizasyon direncine bağlanır.
Şekil 4: Diferansiyel koruma çalışma şekli
►Yüzde oransal diferansiyel koruma sistem. ve akımları arasındaki fark oransal olarak belirlenir ve stablite akım değerine bağlı bir blokajla sağlanır.
Avantajları
►Hata akımı koruma hassasiyeti korunan akımın nominal değerinden küçüktür. Rölenin açtırma akım eşik değeri korunan ekipmanın nominal akımının değerinden düşük değere ayarlanır.►Koruma anı açma olarak gerçekleştirilebilir.
Dezavantajları
►Tesis edilme maliyeti yüksektir.
►Aşırı akım koruması tarafından desteklenmelidir.
Uygulama
Yüksek güç değerlerine sahip önemli motorlar,generatorlar,transformatorlar,baralar, kablolar ve hatlar için kullanılırlar.
6. Kombine Seçici Sistemler
Şekil 5 : Kombine seçici sistemler
Şekilde görüldüğü gibi
►Akım karakterli seçicilik A1 ve B koruma üniteleri arasında,
►Zaman karakterli seçicilik A2 ve B üniteleri arasında,
►A tarafındaki ünite B de bulunan ünite için destek ünitesidir.
7. Toprak Hata Yönlü Koruma
Toprak hata korumasında polarizasyon miktarı olarak sık sık kullanılan rezidüel akım ve rezidüel gerilim ölçülür.Herhangi bir 3-fazlı sıstemde; F1, F2, F3 büyüklükleri arasında dengesizlik olması halinde simetrili bileşenler teorisine göre:
► Sıfır bileşeni: Fh = (F1 + F2Â + F3) / 3 olarak ifade edilir.
► Rezidüel değişken ise Fr = F1 + F2 + F3 ile ifade edilir. İfadeden anlaşılacağı üzere rezidüel değişken sıfır bileşen değişkeninden 3 kat daha büyüktür.
Rezidüel akım ya 3 adet akım transformatoruyla veya 3-faz iletkeni içine alan toroidal transformator yardımıyla ölçülür.
Şekil 6: Toprak hata yönlü koruma prensip şeması
3-adet transformatör kullanmanın güvenilir ve yüksek akımları ölçmek gibi avantajlarının yanında , kısa devre anında satüre olması ve transformatörün devreye girmesi anında hatalı rezidüel akımlar üretmesi ve pratikte eşik değerinin transformatörün nominal akımının ancak %10 değerinin altında ayarlanabilmesi gibi sakıncaları vardır.
Toroidal akım transformatörlerinin çok yüksek hassasiyet avantajının yanı sıra düşük izolasyon seviyesinde imal edilebilmesi en büyük sakıncasıdır.
Rezidüel gerilim 3 adet gerilim transformatörüyle ölçülür. Genellikle iki sekonder sargı kullanılır. Birinci sargı yıldız bağlı olup faz-nötr ve faz-faz gerilimleri ölçülür, diğer sargı ise açık üçgen olarak tertip edilerek rezidüel gerilim ölçülür.
Şekil 7: Rezidüel gerilimin gerilim transformatoru üzerinden toprak hata korumasına bağlantısı
Rezidüel gerilim toprak hatta yönlü rölesinde polarizasyon değişkeni olarak sık kullanılır.
Şekil 8: Gerilim ve akım polariteli yönlü toprak koruma bağlantısının prensip şeması
Karakteristik Açı
Hatanın yönünü belirlemek için koruma ekipmanı akım ile polarizasyon akım değişkeni arasındaki faz deplasmanını ölçer. Eğer polarizasyon değişkeni istenen röle hareketinin simetri ekseninde değilse karakteristik açı ayarlanarak faz kaydırması yapılır.
Şekil 9: Karakteristik açı
Nötrü yalıtılmış sistemlerde toprak hatasının izlenmesi ve koruma
Sistemin toplam işletme kapasitesi değeri düşük olan, Â toprak hata akımının 10 A geçmediği, Â nötrü yalıtılmış küçük tesislerde toprak hatası Şekil 10'da görülen sistem yardımıyla izlenir. Tehlikeli gerilimlerin meydana gelmediği sistemde hatalı bölüm işletmeye devam eder. Uygun bır zamanda hatalı kısım tesbit edilerek arıza giderilir.
Şekil 10: Toprak hatasının izlenmesi
İzleme, gerilim transformatörünün açık üçgen sargısına yerleştirilen sıfır gerilim bileşen rölesi yardımıyla görüntülü ve sesli ihbar şeklinde olur. Sistemde toprak hatası meydana geldiğinde hatalı fazın faz toprak gerilimi toprak potansiyeline düşer ve sağlam fazlara ait gerilimler yükselir. Açık üçgen sargılardaki gerilimlerin toplamı artık sıfır olmayacağından sıfır gerilim bileşen rölesi çalışarak görüntülü ve sesli ihbar verir.
Bu sistemde hangi fiderde hatanın olduğu belirlenemez. Ancak gerilim transformatörünün yıldız bağlı sargılarına bağlanan voltmetreler yardımıyla hangi fazda toprak hatasının meydana geldiği belirlenebilir. Yıldız sekondere bağlı voltmelerde gerilim değerini az gösteren fazda toprak arızası olduğu faz-toprak gerilimini faz arası gerilim değerinde gösteren voltmetrelere ait fazların sağlam olduğu anlaşılır.
Çıkış fiderlerinin fazla olduğu yüksek kapasite değerine haiz büyük sistemlerde arızanın kısa sürede hangi fiderde olduğunun tesbiti ve gerekiyorsa ait olduğu kesiciyi açtırarak devreden ayrılması gerekebilir. Özellikle ana dağıtım transformatörünün sekonder sargısı üçgen olan ve suni topraklama transformatörü üzerinden topraklanan yüksek işletme kapasitesine ait geniş şebekelerde çok gereklidir.
Hatalı çıkışın tesbiti Wattmetrik röleler vasıtasıyla yapılır. Nötrü izole sistemlerde kapasitif akımlar devrelerini sağlam çıkışların devrelerinden tamamladığı için wattmetrik rölelerin yönlü olması gerekir. Bunun için Şekil 11'de gösterilen bağlantı kullanılır.
Şekil 11: Nötrü izole sistemlerde Yönlü Watmetrik rölelerin kullanılışı
Şekil 11' de gösterilen rakamlar,
1-Dağıtım transformatoru,
2-Sekonderi açık üçken sargılı gerilim transformatoru,
3-Bara tipi akım transformatoru,
4-Toroidal akım transformatoru,
5-Kablo,
6-Yönlü watmetrik röle,
7-Toprak hatası ihbar lambası,
8-Kesici,
9-Kesici açma bobini
göstermektedir.
Fiderde meydana gelen hata sonucunda yüksek salınımların meydana gelmesi söz konusu ise ihbarla birlikte hatalı çıkışın kesicisi wattmetrik rölenin kumandası vasıtasıyla açtırılır. Bunun için her çıkış yönlü wattmetrik röle ile donatılmalıdır. Wattmetrik rölenin akım bağlantısı Şekil 11 ve 12'de görüldüğü şekilde bara tipi akım transformatörleri vasıtasıyla yapılacağı gibi kablo üzerine yerleştirilen toroidal akım transformatörü üzerinden de yapılır. Gerekli akım hassasiyetini elde etmek için toroidal akım transformatörü üzerinden yapılması tercih edilir.
Eğer besleme çıkışlarında toprak hatası meydana geldiğinde sistemde meydana gelebilecek salınımlar daha önceden tayin edilen sistem izolasyon seviyesinden düşük değerde ise izleme suretıyle hatalı çıkış tesbit edilir ve hatalı bölümün işletilmesine izin verilir ve uygun bir zamanda hata giderilir.
Bu gibi sistemlerde ekonomik sebeplerle her çıkışa bir adet yönlü wattmetrik röle yerleştirmeye gerek yoktur. Bütün bir sistem için bir adet yönlü wattmetrik röle kullanılır ve bunun için Şekil 12'de görülen uygulama yapılır.
Şekil 12: Bir adet Yönlü watmetrik röle yardımıyla Birden fazla fiderde hata izlenmesi
Şekil 12'de gösterilen tertipte yönlü Wattmetrik rölenin akım devresi bara veya içinden kablo geçirilen toroidal akım transformatörü üzerinden, gerilim bağlantısı ise gerilim transformatörünün açık üçgen sargısı üzerinden yapılmaktadır. Bu sistemde de akım bağlantısı için toroidal akım transformatörleri tercih edilmelidir. Açık üçgen sargı üzerine toprak hatası ön ihbarını yapacak toprak hatası genel ihbarını çalıştırmak için sıfır gerilim bileşen rölesi konulmuştur.
Akım transformatörleri seçici anahtar üzerinden genel bir bağlantı ile yönlü wattmetrik röleninin akım devresi uçlarına bağlanır. Anahtarların başlangıç konumu akım transformatörlerinin sekonder sargı uçlarını kısa devre edecek konumdadır.
Genel arıza ihbarı alındığında akım transformatörü için konulan anahtarlar sırasıyla 2 pozisyonuna alınır. Hatalı fider ışıklı ikazı hangi fidere ait anahtar 2 pozisyonuna alındığında ihbar verirse söz konusu fiderde faz-toprak hatası meydana gelmiştir.
Kaynak : Turgut ODABAŞI / Elektrik Müh. - Elektrik Tesisat Mühendisleri Derneği
Alıntıdır: Kaynak:
1. https://www.elektrikport.com/makale...mi/4190?ysclid=ma2cvdber2301400924#ad-image-0
2. https://www.elektrikport.com/teknik...mi/4191?ysclid=ma2ctcrfzv746433646#ad-image-0
3. https://www.elektrikport.com/makale...mi/4213?ysclid=ma2cq3hlp2415659950#ad-image-0
4. https://www.elektrikport.com/makale...mi/4214?ysclid=ma2cwp47ug318092847#ad-image-0
