EES 455 - 11.10.2011 1

GÜÇ SİSTEMLERİNDE KORUMAGiriş ve Temel Başlıklar

EES 455 - 11.10.2011 2

Giriş ve Tanımlar

Güç sistemlerinin temel hedefi; çok yüksek seviyede emre amadelik (süreklilik) ile enerji sunmak, tolere edilemeyecek durumlarda ise arızanın boyutunu ve süresini asgari seviyede tutmaktır

Ancak, değişik arıza nedenleriyle güç kayıpları, gerilim dipleri ve aşırı gerilimler oluşur.

EES 455 - 11.10.2011 3

Arıza Nedenleri

Doğal olaylar Fiziksel kazalar Teçhizat arızaları İnsan kaynaklı hatalar

EES 455 - 11.10.2011 4

Doğal olaylar nedeniyle kısa devre

Yıldırım Rüzgar Buz yükü Deprem Yangın Ağaçlar Hayvanlar Hava kirliliği, sis, toz

EES 455 - 11.10.2011 5

Fiziksel kazalar nedeniyle kısa devre Araçların direklere/iletkenlere çarpması İnsanlara elektrik çarpması Hafriyat çalışmaları nedeniyle yer altı

kablolarının zarar görmesi İnsan kaynaklı hatalı manevralar

EES 455 - 11.10.2011 6

EES 455 - 11.10.2011 7

31.07.1984’de fotoğraflanan Seattle’daki yıldırım nedeniyle 12.000 evde elektrik kesintisi yaşandı.

Ancak, koruma sistemleri sayesinde ne büyük bir teçhizat hasarı ne de uzun süreli kesintiler yaşandı.

EES 455 - 11.10.2011 8

EES 455 - 11.10.2011 9

EES 455 - 11.10.2011 10

Kısa devre arızası

Zsc Arıza noktasından

önceki tüm sistemin eşdeğer empedansı

ZsYük empedansı

EES 455 - 11.10.2011 11

Kısa devre arıza tipleri

EES 455 - 11.10.2011 12

EES 455 - 11.10.2011 13

Arıza istatistikleri

Faz-toprak: %80 Faz-faz: %15 Üç faz: %5

EES 455 - 11.10.2011 14

Arıza belirtilerinin görüldüğü sistem bileşenleri Aşırı akım Aşırı/düşük gerilim Güç faktörü/faz açısı Akım yönü Empedans Frekans Sıcaklık

En yaygın arıza göstergesi; akımdaki ani ve yüksek miktardaki artıştır. Dolayısıyla, aşırı akım koruması yaygın olarak kullanılır

EES 455 - 11.10.2011 15

Sistem koruması

Uygun röle ayarlarının uygulanarak arızalara ve istenmeyen sistem durumlarına maksimum hassasiyet

Aynı zamanda, sistem açısından tolere edilebilir tüm durumlara izin

EES 455 - 11.10.2011 16

Koruma sisteminin karar verme süreci çok hızlı olmalı Sistemdeki sorun/arıza; hızlı müdahaleyi gerektiren

tolere edilemeyecek bir durum mudur yoksa sistemin absorbe edebileceği tolere edilebilir veya geçici (transient) bir durum mudur?

Eğer gerekiyorsa, koruma sisteminin çalışması sonucu sorunlu bölge hızlıca izole edilerek sistem dengesizliği (disturbance) asgari seviyede tutulmalı

EES 455 - 11.10.2011 17

‘Temizlenmeyen’ kısa devre arızalarının olası sonuçları:Teçhizat hasarı şiddetinin artmasıCiddi yaralanmalarUzun süreli kesintilerPatlama, yangın vb. sonucu çevresel hasar

EES 455 - 11.10.2011 18

İletim hattındaki kısa devre arızası

EES 455 - 11.10.2011 19

Aynı teçhizatın korunması için yedekli sistemler (Hiçbir sistem mükemmel değildir)Aynı yerde (primary backup)Aynı merkezde (local backup)Uzak merkezde (remote backup)

EES 455 - 11.10.2011 20

Arttırılmış yedeklilik Arızanın temizlenme olasılığında artış (Artan

‘dependability’) Arıza yokken hatalı çalışma olasılığında artış

(Azalan ‘security’)

Her uygulamada amaca göre ‘dependability’ ile ‘security’ arasında bir denge sağlanmalı

EES 455 - 11.10.2011 21

Röle Tipleri (Çalışma prensibine göre) Elektromekanik röleler Elektronik röleler Dijital röleler

EES 455 - 11.10.2011 22

Kesiciler

Koruma röleleri: ‘Beyin’

Devre kesicileri: ‘Kaslar’

Genel uygulama; arıza tek veya iki fazda olsa da üç fazın açılması şeklindedir.

EES 455 - 11.10.2011 23

Koruma sisteminin temel elemanları

EES 455 - 11.10.2011 24

Tekrar Kapama

İletim hattı arızalarının büyük çoğunluğu tek faz-toprak ve geçici (transient) arızalardır.

Tekrar kapama yöntemi ile milisaniyeler içinde arızalı faz açılıp kapatılır ve güç akışı kesintisiz sağlanmaya devam edilebilir.

Düşük gerilim seviyelerinde (480-600 V) devre kesicisi ve röleler sıklıkla tek bir cihaz içine entegre edilmiş şekildedir. Temel koruma mantığı aşırı akıma dayanır.

EES 455 - 11.10.2011 25

Röle-kesici bağlantıları

Koruma röleleri, güç sistemine akım (CT) veya gerilim trafoları (VT) vasıtasıyla bağlanır. Daha güvenli (düşük akım-gerilim) işletim Daha yüksek kesinlik (accuracy)

Koruma sistemi başta olmak üzere önemli iç ihtiyaç beslemeleri için tüm Yüksek Gerilim (YG) merkezlerinde (Trafo Merkezi-TM) akü-UPS sistemleri mevcuttur (Koruma sistemi için genellikle 48 V DC)

EES 455 - 11.10.2011 26

EES 455 - 11.10.2011 27

Sistem korumasının temel hedefi

Güç sistemindeki sorunlu alanın süratle izole edilerek arızanın sistemin geri kalanına etkisini ve enerjisiz kalacak bölümü minimize etmektir.

EES 455 - 11.10.2011 28

Koruma sistemlerinin temel kriterleri Güvenilirlik (Reliability)

‘Dependability’ ‘Security’

Seçicilik (Selectivity) Hız Basitlik (Simplicity) Ekonomiklik (Economics)

EES 455 - 11.10.2011 29

Güvenilirlik (Reliability)

‘Dependability’ Röle sisteminin, gerektiği durumlarda doğru bir şekilde çalışma

derecesi Test edilmesi kolay

‘Security’ Röle sisteminin, gerekmediği durumlarda hatalı çalışmama

derecesi Test edilmesi pek mümkün değil. Çünkü, sonsuz çeşit olası

geçici (transient) durum söz konusu olabilir

Genel olarak; iki ilkeden birinin derecesi artarken diğeri azalır.

EES 455 - 11.10.2011 30

Seçicilik (Selectivity)

Röle koordinasyonu olarak da bilinir 2 ve 3 nolu rölelerin ani, 2 nolu rölenin artçısı

konumunda (bu arıza için) olan 1 nolu rölenin ise gecikmeli olarak açacak şekilde ayarlanması gerekir

2 nolu rölenin arızayı zamanında temizlemesi halinde 1 nolu rölenin çalışmaması istenir

EES 455 - 11.10.2011 31

Hız Arıza en kısa zamanda temizlenmeli. Ancak genelde, hız

arttıkça rölelerin yanlış çalışma olasılığı da artar. Arıza temizlenme süresi (İletim sistemi)

Röle çalışma zamanı: < 50 ms Kesici çalışma zamanı: 20-80 ms Toplam (röle+kesici): 35-130 ms

Dağıtım sisteminde, zaman koordinasyonu gerekliliği nedeniyle röle çalışma zamanı genelde daha yavaştır 0,2-1,5 sn

Röle hızı; özellikle, güç sistemi kararlılık (stabilite) açısından hassas bölgede olduğu zaman önemlidir. Arızanın daha hızlı temizlenmesi, generatörlerin senkronizmden ayrılma ihtimalini, dolayısıyla sistem kararlılığının bozulma ihtimalini azaltır.

EES 455 - 11.10.2011 32

Rölelerin Sınıflandırılması Fonksiyonuna göre

Koruyucu (protective) Düzenleyici (regulating)

Trafo kademe değiştiricilerinde ve generatör gerilim regülatörlerinde gerilim seviyesinin ayarlanmasında kullanılan röleler

Tekrar kapama, senkronizasyon röleleri (reclosing, synchronism check, synchronizing)

İzleme (monitoring) Alarm üniteleri

Giriş tipine göre Akım, gerilim, güç, frekans, sıcaklık

Çalışma prensibine göre Elektromekanik, elektronik, dijital

Performans karakteristiğine göre Mesafe, aşırı akım, yönlü aşırı akım, ters zamanlı, sabit zamanlı,

toprak, düşük/yüksek gerilim vs.

EES 455 - 11.10.2011 33

Röle Uygulama Prensipleri

EES 455 - 11.10.2011 34