Transcript indir
GÜÇ SİSTEMLERİNDE KORUMA Giriş ve Temel Başlıklar EES 455 - 11.10.2011 1 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 2 Arıza Nedenleri Doğal olaylar Fiziksel kazalar Teçhizat arızaları İnsan kaynaklı hatalar EES 455 - 11.10.2011 3 Doğal olaylar nedeniyle kısa devre Yıldırım Rüzgar Buz yükü Deprem Yangın Ağaçlar Hayvanlar Hava kirliliği, sis, toz EES 455 - 11.10.2011 4 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 5 EES 455 - 11.10.2011 6 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 7 EES 455 - 11.10.2011 8 EES 455 - 11.10.2011 9 Kısa devre arızası Zsc Arıza noktasından önceki tüm sistemin eşdeğer empedansı Zs Yük EES 455 - 11.10.2011 empedansı 10 Kısa devre arıza tipleri EES 455 - 11.10.2011 11 EES 455 - 11.10.2011 12 Arıza istatistikleri Faz-toprak: %80 Faz-faz: %15 Üç faz: %5 EES 455 - 11.10.2011 13 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 14 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 15 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 16 ‘Temizlenmeyen’ kısa devre arızalarının olası sonuçları: Teçhizat hasarı şiddetinin artması Ciddi yaralanmalar Uzun süreli kesintiler Patlama, yangın vb. sonucu çevresel hasar EES 455 - 11.10.2011 17 İletim hattındaki kısa devre arızası EES 455 - 11.10.2011 18 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 19 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 20 Röle Tipleri (Çalışma prensibine göre) Elektromekanik röleler Elektronik röleler Dijital röleler EES 455 - 11.10.2011 21 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 22 Koruma sisteminin temel elemanları EES 455 - 11.10.2011 23 Tekrar Kapama İletim hattı arızalarının büyük çoğunluğu tek faztoprak 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 24 Röle-kesici bağlantıları Koruma röleleri, güç sistemine akım (CT) veya gerilim trafoları (VT) vasıtasıyla bağlanır. Daha Daha güvenli (düşük akım-gerilim) işletim 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 25 EES 455 - 11.10.2011 26 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 27 Koruma sistemlerinin temel kriterleri Güvenilirlik (Reliability) ‘Dependability’ ‘Security’ Seçicilik (Selectivity) Hız Basitlik (Simplicity) Ekonomiklik (Economics) EES 455 - 11.10.2011 28 Güvenilirlik (Reliability) ‘Dependability’ ‘Security’ Röle sisteminin, gerektiği durumlarda doğru bir şekilde çalışma derecesi Test edilmesi kolay 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 29 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 30 Hız Arıza en kısa zamanda temizlenmeli. Ancak genelde, hız arttıkça rölelerin yanlış çalışma olasılığı da artar. Arıza temizlenme süresi (İletim sistemi) Dağıtım sisteminde, zaman koordinasyonu gerekliliği nedeniyle röle çalışma zamanı genelde daha yavaştır Röle çalışma zamanı: < 50 ms Kesici çalışma zamanı: 20-80 ms Toplam (röle+kesici): 35-130 ms 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 31 Rölelerin Sınıflandırılması Fonksiyonuna göre Koruyucu (protective) Düzenleyici (regulating) Tekrar kapama, senkronizasyon röleleri (reclosing, synchronism check, synchronizing) İzleme (monitoring) Akım, gerilim, güç, frekans, sıcaklık Çalışma prensibine göre Alarm üniteleri Giriş tipine göre Trafo kademe değiştiricilerinde ve generatör gerilim regülatörlerinde gerilim seviyesinin ayarlanmasında kullanılan röleler 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 32 Röle Uygulama Prensipleri EES 455 - 11.10.2011 33 EES 455 - 11.10.2011 34