ENERJİ SİSTEMLERİNDE AŞIRI GERİLİMLER
2012
HAZIRLAYAN:
REHA ŞEN
İLETİŞİM:
Web: http://rehasen.wordpress.com E-mail: rehasen@yandex.com
2
İÇİNDEKİLER Tablo ve Şekiller dizini………………………………….
ii
GİRİŞ…………………………………………………….
iii
BÖLÜM 1. AŞIRI GERİLİMLER………………………. 1.1. Dış Aşırı Gerilimler…………………………………. 1.2. İç Aşırı Gerilimler …………………………………...
1 2 4
BÖLÜM 2. AŞIRI GERİLİMLERE KARŞI KORUMA... 9 2.1. Peterson Bobini………………………………………… 9 2.2. Ark Boynuzu…………………………………………… 10 2.3. Koruma Hattı…………………………………………… 13 2.4. Parafudrlar……………………………………………… 14 BÖLÜM 3. YALITIM KOORDİNASYONU……………… 15 KAYNAKLAR………………………………………………. 19
ŞEKİLLER VE TABLOLAR DİZİNİ BÖLÜM 1. AŞIRI GERİLİMLER……………………………... 1 Şekil-1: Yürüyen Dalga Olayı……………………………………. 3 Şekil-2: Ferranti olayı-…………………………………..……….. 5 Şekil-3: Kapasiti devrenin açılması olayı………………………… 5 Şekil-4: Faz-toprak teması………………………………………... 7 Şekil-5: Ferrorezonans……………………………………………. 7 BÖLÜM 2. AŞIRI GERİLİMLERE KARŞI KORUMA........ 9 Şekil-6: Peterson Bobini………………………………………….. 10 Şekil-7: Ark Boynuzu…………………………………………….. 11 Şekil-8: İzolatör korunma şekilleri....…………………………….. 12 Şekil-9: Koruma Hattı……………………………………………. 14 BÖLÜM 3. YALITIM KOORDİNASYONU…………………... 15 Şekil-10: Katı,sıvı ve gazların yalıtım düzeyleri…………………... 18
TABLOLAR Tablo-1: Ark Boynuzu atlama aralıkları…………………………… 12 Tablo-2: Standart Yalıtım düzeyleri ( 245 KV’ a kadar )…………. 16 Tablo 3 : Standart Yalıtım Düzeyleri (300 KV- 765 KV arası )…… 17
ii
GİRİŞ Aşırı gerilim, gerilimin bir tam dalgadan daha uzun bir süre %110 mertebelerinden daha büyük değerlere ulaşmasıdır,yani aygıtımıza gerilim verirken üst değerin, standart da belirtilen sınır değerleri aşmasıdır.Elektrik iletim sistemlerinde uzun süreli,anlık ve geçici aşırı gerilimler meydana gelir. En tehlikeli aşırı gerilimler, yıldırım boşalma olaylarından kaynaklanmaktadır.Bu boşalma olayı üç kola bölünerek direk,yakın ve uzak mesafelerde aşırı gerilimi meydana getirir.Alçak gerilim ve yüksek gerilim sistemlerindeki açma-kapama işlemleri, daha az enerjik olmasına rağmen,daha sık aşırı gerilimlere sebep olmaktadır. Aşırı geirilimlerin çoğu eneri,veri,haberleşme vs.hatlardan elektronik aygıtlara ulaşırlar.Bu aşırı gerilimler,hatlar arasında ya da hat ile toprak arasında arızalara sebep olabilir.Gerilim seviyesinin aşılmasından sonra darbe akımları,aygıtı ya da tesisatı kullanılamaz hale getirebilir ve zarar verebilir. Bu kitabımızda Aşırı gerilimlere,aşırı gerilimlere karşı korumaya ve yalıtım koordinasyonuna yer verdik.Aşırı gerilimlere geniş yer ayrılmıştır.Gerekli şekil ve bağlantılarla anlayabileceğiniz bir doküman oluşturmaya çalıştık.Aşırı gerilimlere karşı koruma ve yalıtım koordinasyonunda da enerji sistemlerinde karşılaşabileceğiniz durumlar karşısında gerekli grafik,şekil ve tablolar ile ayrıntılı bilgi vermeye çalıştık.(iki şekil dışındaki diğer şekil,grafik ve tablolar tarafımızdan tasarlanmıştır.) Elektrik ve Elektronik sistemlerinde sizlere,Aşırı Gerilimler ilgili bir yardımcı doküman hazırladık.
Teşekkürler…
iii
BÖLÜM 1
AŞIRI GERİLİMLER İçerisinden elektrik akımı geçen heterojen bir ortamdaki süreksizlik yüzeylerinde çeşitli sebeplerle,akım taşıyan partiküllerin hareketlerini güçleştiren olaylar meydana gelmektedir. Bu olaylar sonucunda akım taşıyan partiküllerin süreksizlik yüzeylerini geçişleri sırasında omik dirençten doğan voltaj düşmesine ilaveten başka sebeplerden doğan bir voltaj düşmesi daha vaki olmaktadır ki, bu düşüme aşırı gerilim (overvoltage) denir. Olayın sebebi akım geçirilen ortamın özelliğine göre: kimyasal, elektrokimyasal, termik, elektrokinetik,elektroosmotik veya elektromanyetik olaylardan biri veya birkaçı neticesinde meydana gelen enerji depolanmalarıdır. Aşırı gerilimler sistemde arızalara yol açan,anma gerilimlerinin üzerinde olan gerilimlerdir. Aşırı gerilimleri oluşum itibariyle; 1-Dış Aşırı Gerilimler, 2-İç Aşırı Gerilimler diye iki gruba ayırabiliriz.Bunlar dökümanımızda detaylı olarak anlatılacaktır.
1
1. 1. Dış Aşırı Gerilimler Dış aşırı gerilimler,yıldırım düşmesiyle veya yüklü bulutların etkisiyle oluşurlar.
a.) Yıldırım olayları Yıldırım fırtınalar boyunca oluşan doğal bir olaydır.Doğrudan yıldırım carpması (bir hat veya yapıya) ve yıldırım carpmasının dolaylı etkileri arasında bir ayrım yapılmıstır (asırı gerilime sebep olma ve toprak potansiyelinde artıs gibi). Yıldırım; i. Faz iletkenine düşebilir, ii. Koruma iletkenine düşebilir, iii. Direğe düşebilir.
i.) Faz iletkenine düşmesi halinde Yıldırımın faz iletkenine düşmesi halinde düştüğü noktadan itibaren iletkenin her iki yönünde de ilerleyen birer yürüyen dalga ortaya çıkar.Bundan dolayı,bölünmüş dalgalar her iki yönde de ilerlerken karşılaştığı ilk direkte izalatörleri zorlar.Eğer koruma iyi yapılmamışsa izalatörde bu dalga altında ya atlama ya da delinme meydana gelir.
ii.) Koruma iletkenine düşmesi halinde Yıldırımın koruma iletkenine düşmesi halinde bu iletken üzerinde her iki yönde ilerleyen dalgalar direğe vardığında,eğer direğin topraklaması iyi yapılmışsa sorun çıkmaz. Ancak direğin topraklaması iyi yapılmadığı durumda,yürüyen dalga önce direğe oradan da izalatör üzerinden faz iletkenine atlayarak tehlike oluşturur.
iii.) Direğe düşmesi halinde Yıldırımın direğe düşmesi halinde eğer direğin topraklaması iyi yapılmışsa,sorun çıkmaz. Aksi halde,yürüyen dalga direk ve izalatör üzerinden faz iletkenine geçerek tehlike oluşturur.
2
b.) Yürüyen Dalgalar Yüklü bulutlar enerji iletim hatlarının yakınından geçerken yürüyen dalga oluşturur.Bulut Uzaklaşınca hat üzerinde serbest kalan yük dalgası ikiye bölünerek her iki yönde de aynı hızda ilerler.
Şekil 1: Yürüyen Dalga olayı Bir yıldırım bulutu bir enerji iletim hattının yakınındaysa, bu hat etkiyle yükleniyor demektir.Etkiler; (-) yükler yalıtkan direnci üzerinden toprağa akarken (+) yük dalgası hat üzerinde kalır.Bulut hareket ettiğinde bu (+) yük dalgası da paralelinde hareket eder.Yıldırım bulutu ile toprak arasında bir boşalma olunca veya yıldırım bulutu uzaklaşınca hat üzerindeki (+) yük dalgası serbest kalır ve yarısı bir yönde diğer yarısı da zıt yönde aynı hızla hareket eder.
Hat üzerindeki (+) yükle toprak arasında, hattın birim uzunluğu başına düşen gerilimi : u hattın birim uzunluğuna düşen yükü : q ise, oluşan hattın birim uzunluğunda düşen kapasite ‘ C = q / u ’ olur.
3
1.2. İç Aşırı Gerilimler Dış aşırı gerilimlerin atmosferik olaylardan kaynaklandığını belirtmiştik.İç aşırı gerilimler de sistemin kendi iç yapısındaki değişikliklerden kaynaklanır.Sistemin yalıtım tasarımlarında 220 KV’luk işletme gerilimlerine kadar dış aşırı gerilimler ön planda olmasına rağmen, 380 KV ve daha üstü işletme gerilimli sistemlerde iç aşırı gerilimler önem taşır.Sistem bu gerilimlere dayanacak şekilde yalıtılır. İç aşırı gerilimlerin genlikleri,frekansları ve salınım süreleri, sistemin yapısına,özellikle de Yıldız noktasının durumuna çok bağlıdır. İç aşırı gerilimler, a) b) c) d) e)
Senkron generatörün (alternatörün) yükünün kalkmasıyla, Ferranti olay nedeniyle, Kapasitif devrenin açılmasıyla, Fazların toprakla teması halinde, Ferrorezonans olayı nedeniyle
ortaya çıkarlar.
a.) Alternatör Yükünün Kalkması Alternatörler yük altında çalışırken endüvi reaksiyonu ve iç gerilim düşümü nedeniyle uç gerilimi, iç geriliminden (endüklenen EMK’dan dolayı) farklıdır.Uç geriliminin belirli bir değerde tutulması için gerilim regülatörleri kullanılır.Herhangi bir nedenle alternatör aniden boşta çalışma konumuna alınırsa gerilim regülatörü çalışana kadar alternatör uç gerilimi yükselir.Dolayısıyla,alternatöre bağlı bir hat varsa bu hatta da geçici olarak gerilim yükselmesi izlenir.Regülatörler olmazsa bu iç aşırı gerilim tehlikeli boyutlara erişir.
b.) Ferranti Olayı Boşta çalışan hattın (hat sonu açık devre) kapasitelerinden dolayı hat sonunda gerilim yükselmesi oluşur.
4
Şekil 2: Boşta çalışan hat ve fazör diyagramı Şekil 2-b’den görüldüğü gibi C’lerden dolayı ortaya çıkan Ic akımının akmasıyla U2 > U1 olur.
c.) Kapasitif Devrenin Açılması
kesici 1 2 U1
U2 U C
Şekil-3-a:Kapasitif devrenin açılması olayı, devre şeması
5
Şekil-3-b:Kapasitif devrenin açılması olayının,akım ve gerilimin zamanla değişim grafiği
Şeki 3-a’ daki devrede K kesicisi açıldığında, yani i=0 olduğunda C, U1 ‘in tepe değeri olan U2=(U1)max da dolmuş olarak kalır.U1 zamanla değiştiğinden t=t2 gibi bir anda,şekil 3-b’de görüldüğü gibi K’nın uçları arasında U(t=t2) = Umax = 2(U1)max = 2(U2) gibi bir gerilim oluşur.Yani K kesicisinin uçları arasında aşırı gerilimler ortaya çıkar.Bu gerilim,eğer ortam uygunsa K’nın kontakları arasında arkın yeniden oluşmasına yol açar. Yeniden tutuşma diye adlandırdığımız bu olay,kesicilerde istenmeyen bir durumdur.
d.) Fazların Toprakla Teması Faz iletkenlerinin toprağa karşı yalıtımında kullanılan,izalatör gibi malzemelerdeki hatalardan dolayı,herhangi bir nedenle fazlardan birinin toprakla teması halinde veya iki fazın kısadevre olduğu noktanın toprakla teması halinde temas noktasının bulunduğu yerde, diğer fazlarda işletme frekansında olan aşırı gerilimler ortaya çıkar.Bu gerilimlerin genlikleri ve sönüm süreleri sistemin yıldız noktasının durumuna bağlıdır.Şekil 4 ‘de gösterilen Y yıldız noktası için şu durumlar söylenebilir;
Yalıtılmış olabilir. Doğrudan topraklı olabilir. Omik direnç üzerinden topraklı olabilir. Bir endüktans (Peterson Bobini) üzerinden topraklı olabilir.
( Zo = sonsuz ( Zo = sıfır ( Zo=R ( Zo = XL
) ) ) )
6
Şekil-4: Faz-toprak teması şematik gösterimi
e.) Ferrorezonans Ferrorezonans olayı doğrusal olmayan bir rezonanstır.Lineer rezonans,sistemin sadece doğal frekansına bağımlı olmasına rağmen ferrorezonans aynı zamanda kaynak gerilimine de bağımlıdır.Ferrorezonans olayı belirli bir gerilim kaynağından beslenen R,C ve demir çekirdekli bir L den oluşan seri veya paralel devrelerde ortaya çıkar.Şekil 4’de yıldız noktası doğrudan topraklı veya bir endüktans (Peterson bobini) üzerinden topraklı durumda sistem, Şekil-5’deki gibi bir seri rezonans devresiyle gösterilmiştir.
Kesici 1
R
I
C
2 1
Uc Vk
L
Ul Ll 2
Şekil-5: Seri Ferrorezonans Devresi
7
Benzer devrelerle; Bir kaynaktan beslenen ama boşta çalışan güç trafosu içeren, Yıldız noktası doğrudan topraklı ve voltaj trafosu bulunan sistemlerde karşılaşabiliriz. Ferrorezonans, sistemindeki frekans ve gerilim değişimleri ile ortaya çıkar. Örneğin, Şekil 3-a ‘daki devrede kaynak geriliminin genlik ve frekansı sabit olsa bile K anahtarının açılıp kapanmasıyla; Sistemde ortaya çıkan,küçük gerilim yükselmelerine, Endüktansın demir çekirdeğinin B-H karakteristiğinin durumuna, Kaynak geriliminin anlık değerine bağlı olarak bu rezonans ortaya çıkabilir.
8
BÖLÜM 2
AŞIRI GERİLİMLERE KARŞI KORUMA Yüksek gerilim altındaki enerji iletim sistemini aşırı akımlara karşı kesiciler korur. Yukarıda anlattığımız aşırılı gerilimlere karşı koruma için; 1. 2. 3. 4.
Peterson bobini kullanma, Ark Boynuzu kullanma, Koruma hattı kullanma, Parafudr kullanma
Yöntemlerin birisinden yararlanılır.
2.1. Peterson bobini Kaynak tarafı yıldız bağlı yüksek gerilimli iletim sistemlerinde yıldız noktası ya topraklanır (doğrudan,peterson bobini üzerinden,omik direnç üzerinden topraklama) ya da yalıtılma işlemine tabi tutulur.Yıldız noktasını topraklamanın faydaları; Yıldız noktası toprak potansiyelinde tutulur.Böylece faz-toprak kısa devrelerinde bozulmalar ve aşırı gerilimler önlenmiş olunur. Toprak kaçak akımlarla çalışan koruyucu aygıtların çalışmasına imkan sağlanır, Yıldız noktası-toprak arası arklar önlenmiş olunur. Yıldız noktasını topraklamanın mahsurları da vardır,bunlar; Doğrudan topraklama durumunda kısa devre akımları büyük değerler alırlar. Sistemde toprak kısa devresi olur olmaz,hemen arkası sıra bu bozulma giderilmelidir. Aksi halde büyük değerli kısa devre akımları zarar verici olurlar. Sistemdeki dağıtım merkezlerinde,tüketim merkezlerinde bütün yıldız noktalarının topraklanması gerkir. Yıldız noktası peterson bobini üzerinden topraklanırsa ferrorezonans olayına sebep olunur. Not: 30 KV’dan daha yüksek gerilimli sistemlerde hattın empedansı yeterli olduğu için yıldız noktası bir empedans üzerinden topraklama yerine doğrudan topraklanır.30 KV’un altında bir gerilimle çalışan sistemlerde yıldız noktası ya bir omik direnç üzerinden ya da bir bobin (Peterson Bobini) üzerinden topraklanır.
9
Şekil-6: Peterson Bobini üzerinden topraklama olayının şematik gösterimi
2.2. Ark Boynuzu Ark boynuzları, transformatör geçit izolatörlerinde ve izolatörde oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır.(Şekil-7-a).Aşırı bir gerilim,ark boynuzlarına geldiğinde,eğer atlama aralığı uygunsa boynuzlar arasından atlayarak bu gerilimin,boynuzların bağlı olduğu izolatör,buşink vs’ye zarar vermeden topraklanması sağlanır.Bu topraklama koruma aygıtları tarafından kısa devre olarak algılanarak gerekli işlemleri yapar,kesicileri açar. Buradan da anlaşılacağı gibi,boynuzlar arasındaki hava aralığı, korunan aygıtın dayanabileceği geriliminden çok küçük bir gerilime ayarlanır.Aşırı gerilim bu değere ulaştıgında hemen atlama olmaz,küçükte olsa bir gecikme olur.Bunun sebepleri şunlardır; Boynuzlar arasındaki hava aniden iyonize olmaz, Ark boynuzlarının uç yapısı ,bu iyonizasyonda önem taşır.Örneğin,uçlar küresel yapıda ve aralık bu kürelerin yarıçaplarına göre küçükse atlama hemen olur.Yoksa gecikmeli olur. Aşırı gerilimin genliği büyüdükçe delinme daha hızlı olur.Delinme için gerekli zaman, aşırı gerilimin genliği ile ters orantılıdır. Ark boynuzları arasında başlayan ark,kendisini meydana getiren aşırı gerilim ortadan kalksa bile normal işletme geriliminin etkisiyle bir süre daha devam eder.Bu özellik kesicilerin açma sürelerini etkilemektedir. Aşağıdaki tabloda ark boynuzları atlama aralıkları genel olarak Tablo 1’de verilmiştir.Bu aralıklarda boynuz uç yapısına ve boynuzların biçimine bağlı olduğu dikkat edilmelidir. (VDE standartlarına göre ).Uç yapısı küre biçiminde veya sivri uçlu olabilir.Gövdesi ise düz çubuk veya “V” şeklinde olabilir.Bunlar şekil-7-b ‘de gösterilmiştir.
10
Şekil-7-a: Ark boynuzlarının kullanıldığı yerin şematik gösterimi
Şekil-7-b: Ark boynuzlarının Uç ve Gövde biçimleri
11
İşletme Gerilimi (KV) 6 10 15 30 60 150 380
Atlama Aralığı (cm) 6 8.6 11.5 22 40 83 230
Tablo-1: Ark Boynuzu Atlama Aralıkları
İzolatörler aşırı gerilimlere karşı ark boynuzları ile korunduğu gibi dairesel ark çemberleri ile de korunabilir.Şekil-8 ‘de iki koruma şeklide gösterilmiştir.Dairesel ark çemberleri “Koruma Halkaları” aynı zamanda izolatör boyunca gerilim dağılımını da düzgünleştirdiği için koronayı da azaltmış olurlar.Ancak Ark boynuzlarına göre daha pahalı ve boyutu da büyüktür.
Şekil -8-a: Ark boynuzu ile izolatör korunması
Şekil-8-b: Dairesel Ark Çemberi ile İzolatör Korunması
12
2.3. Koruma Hattı Yalıtkanlık seviyesi,yüksek enerji iletim sistemlerinde kullanılan bir yöntem olup,pahalı olmasından dolayı,çift enerji iletim hatlarında ikiden fazla koruma hattı kulanılmaz ve yine pahalı olmasından dolayı topraklamaları her direkte yapılmaz,ama istisnai durumlarda birkaç direkte yapılır. Genellikle çelik tellerden oluşan koruma hattının görevleri; 1. 2. 3. 4.
Faz iletkenlerini yıldırım düşmesine karşı korumak, Faz iletkenlerini yüklü bulutların etkisinden korumak, İletim hatlarındaki izolatörleri korumak, Şalt sahalarında yalıtımı sağlayan malzemeleri “ekranlama” yaparak korumaktır.
Not: Bu korumaları yaparken,topraklama direnci çok küçük, “Koruma Açısı ” yeterli olmalıdır.Eğer topraklama direnci büyük veya kullanıldığı sistemin yalıtım düzeyi küçükse Koruma hattı koruma yapacağı yerde zararlı hale gelir. Örneğin, topraklama direnci 25 ohm olan bir koruma hattından 12.5 KA’lık bir boşalma akımı aksın.Hattın iç direnci ihmal edilirse koruma hattı ile toprak arasında; U = R . I =312,5 KV gibi yüksek bir gerilim oluşur.Yalıtım düzeyi bu gerilimin altında olan sistemlerde bu gerilim tehlike oluşturur.Yani,koruma hattı koruma sağlayacağına,tehlike oluşturur. Bu nedenle koruma hattı, 60 KV’un üzerinde işletme gerilimine sahip olan sistemlerde kullanılır,orta gerilim sistemlerinde kullanılmaz. Topraklama direnci ve topraklamanın nasıl yapılacağı yönetmeliklerle belirlenmiş olup,ilaveten yüksek gerilim direklerinin topraklama dirençleri işletici kurum tarafından zaman zaman testler yapılarak kontrol edilir. Koruma açısı,topraklama iletkeninin faz iletkenlerini ekranlama etkisinden ortaya çıkar. Topraklama iletkeni direk üzerinde yerleştirilirken,faz iletkenine düşey yöndeki uzaklığı d ve yatay yöndeki uzaklığı da y olmak üzere d / y >= 1.5 olması durumunda yapılan deneyler faz iletkenlerinin iyi koruma sağladığını göstermiştir.Şekil 9 ‘ da gösterilen koruma açısı Q nın kritik değerinin d/y=1,5 için Qk=32’ olacağı ortaya çıkar.
13
Şekil-9: Topraklama İletkeninin Ekranlama Etkisine olan gösterimi
2.4. Parafudrlar Daha önceki yöntemlerin temel sakıncalarına baktığımızda; 1. Peterson bobini ferrorezonansa yol açmaktadır, 2. Ark boynuzu arkı başlatan aşırı gerilim ortadan kalksa bile ark,işletme geriliminin etkisiyle bir süre daha devam eder.Bu da kesicilerin kesme süresini etkilemektedir, 3. Korum hatları iyi topraklanmazsa boşalma akımı aktığı sürece bu hatların toprağa göre potansiyelleri çok yüksek olur,dolayısıyla yalıtımı tehlikeye sokmaktadır. Ve aşırı gerilimlere karşı korumada dördüncü yöntemde ise parafudr denilen aygıttan faydalanılır.Bu aygıt,normal işletme geriliminde sisteme herhangi bir durumda etkisi olmayan ancak işletme geriliminin öngörülen bir gerilimi aşmasıyla aktif hale gelen bir aygıttır. Dolayısıyla sistemin üzerindeki aşırı gerilimi sınırlayan bir eleman olarak görev yapar.Söz konusu aşırı gerilim ortadan kalkınca da başlangıçtaki çalışma konumuna geri döner.Üç fazlı Sistemlerde her bir faza bir parafudr konulur. Parafudrlar iki gruba ayrılırlar; 1. Değişken dirençli parafudrlar 2. Metal oksit parafudrlar
14
BÖLÜM 3 YALITIM KOORDİNASYONU Yalıtım koordinasyonu,sistemdeki elektrik donanımının yalıtımı ile koruma aygıtlarının karakteristikleri arasındaki bağıntıdır.Bu bağıntının amacı,buradaki yalıtkanı aşırı gerilimlere karşı korumaktır. Örneğin,bir trafo merkezinde trafonun,kesicilerin,bara taşıyıcılarının vs.aygıtların yalıtımı, Aşırı gerilimlere karşı koruma aygıtlarının izin verdikleri maksimum gerilimlere dayanabilecek uygun nitelikte olmalıdır.Bu uygun nitelik; hem güvenilirlik hem de ekonomikliktir.Yalıtım gereğinden fazla olursa ekonomik olmaz,gereğinden az olursa güvenilir olmaz.O yüzden, yalıtım koordinasyonu,aşırı gerilimlerden dolayı oluşacak bozulmaları en aza ve en ekonomik düzeye indirmek için yapılan düzenlemelerdir.[T.S-855, Nisan-1984, TSE standartlarında] Sistem tasarımı esnasında,yalıtım bakımından iki seçenek söz konusu olabilir.Bunlar; 1. Sistem elemanları için,aşırı gerilimlere dayanabilecek yalıtım düzeyleri belirlemek, 2. Sistemdeki kritik ve hassas noktalara aşırı gerilimleri sınırlayıcı koruyucu aygıtlar yerleştirmektir. Yüksek gerilim sistemlerinde,birinci seçenek ekonomik değildir.Çünkü,güvenilir bir sistem için fazla miktarda yalıtkan kullanmak gerekecektir. İkinci seçenekte ise temel sorun yalıtım düzeyi ile koruma düzeyi arasında,ekonomik olan bir bağıntı sağlamaktır.Burada yalıtım düzeyi,bir cihazın delinme veya atlama olmaksızın dayanabileceği test geriliminin değeri olarak tanımlanır.Koruma düzeyi ise, bir koruma aygıtının bir test gerilimi altındayken uçları arasındaki aşılmaması gereken gerilimin değeri olarak tanımlanır.Örneğin,bir aygıtın “Darbe Yalıtım Düzeyi” söylenildiğinde,bu cihazın dayanabileceği darbe geriliminin değeri olduğunu anlayabiliriz. Yüksek gerilim Laboratuarlarının kurulup gelişimine kadar yalıtım düzeyleri deneme yoluyla elde edilirdi.Günümüzde artık yalıtım düzeyleri,test cihazları sayesinde laboratuvarlarda belirlenmektedir.Yalıtım düzeyinde kullanılan gerilim,anma geriliminden farklı ve büyüktür. Tablo 2’de IEC (No: 71,1972) den alıntı,Avrupa ülkelerinde kullanılan bazı standart test gerilimleri (yalıtım düzeyleri) verilmektedir.
15
Tablo 2 ‘de ; Vm: Sistemin Faz-faz arası geriliminin alabileceği en büyük gerilimin anma etkin değeri V1: Faz-Toprak arası gerilimin etkin değeri V3: Faz-Toprak arası gerilimin tepe değeri V2: Açık konumdaki kontaklar arası gerilimin etkin değeri V4: Açık konumdaki kontaklar arası gerilimin tepe değeri V2,V4: Sadece izolatör ve topraklayıcı aygıtlar için göz önünde tutulacak T: Aşırı gerilim koruyucularına veya yıldırıma karşı koruyucularına ek olarak nötür noktası topraklı sistemler için geçerlidir. E: Azaltılmış yalıtımlı,nötr noktası topraklı sistemler için geçerlidir. Donanım için en yüksek Yüksek anma gerilimi Vm (KV) 3.6
Anma Test Gerilimi (50 Hz,1 dakika ) V1 (KV) V2 (KV) 10 12
7.2
20
23
12
28
32
17.5
38
45
24
50
60
36
70
80
52 72.5 100 E 100 123 E 123 145 E 145 170 E 170 245 E 245 E 245 E 245
95 140 150 185 185 230 230 275 275 325 325 360 395 460
110 160 175 210 210 265 265 315 315 375 375 415 460 530
Anma Yıldırım Darbeleri Gerilimi (1,2/50mikrosaniye) V3 (KV) V4 (KV) 20 T 23 T 40 46 40 T 46 T 60 70 60 T 70 T 75 85 75 T 85 T 95 110 95 T 110 T 125 145 145 T 165 T 170 195 250 290 325 375 380 440 450 520 450 520 550 630 550 630 650 750 650 750 750 860 750 860 850 950 950 1050 1050 1200
Tablo – 2: Standart Yalıtım düzeyleri ( 245 KV’ a kadar ) 245 KV’a kadar olan sistemlerde standart testler 1 dakika süreli 50 Hz’lik gerilimlerle 1.2/50 mikro saniyelik yıldırım darbe gerilimleri olmasına rağmen 300 KV ve daha büyük gerilimli sistemlerde ek standart testlere ihtiyaç vardır.Tablo 3’de IEC (No: 71,1972) den alıntı standart test gerilimleri (yalıtım düzeyleri) verilmiştir.
16
Tablo 3’de; Vm:Sistemin faz-faz arası geriliminin alabileceği en büyük anma etkin değeri V1: 50 Hz, 1 dakikalık anma test geriliminin etkin değeri V2: 1.2/50 mikrosaniyelik anma yıldırım darbe geriliminin tepe değeri V3: 250/2500 mikrosaniyelik anma açma-kapama darbe geriliminin tepe değeri V4:50 Hz, 1 dakikalık anma test geriliminin etkin değeri V5:1.2/50 mikrosaniyelik yıldırım darbe geriliminin tepe değeri V6: (0,7*Vm*1.414 / 1.732)+V5 ‘ e eklenecek 50 Hz’lik tepe değer V7: 250/2500 mikrosaniyelik anma açma-kapama darbe geriliminin tepe değeri V8: (Vm*1.414 / 1.732)+V7’ e eklenecek 50 Hz’lik tepe değer
Vm (KV) 300 362 420 525 765
Toprağa göre V1 V2 V3 (KV) (KV) (KV) 380 950 750 1050 850 450 1050 850 1175 950 520 1300 950 1425 1050 620 1425 1050 1550 1175 830 1800 1300 2100 1425
V4 (KV) 435 520 610 760 1100
Açık Kontaklar Arası V5 V6 V7 (KV) (KV) (KV) 950 +170 850 1050 +170 1050 +205 950 1175 +205 1300 +240 1050 1425 +240 1425 +300 1175 1550 +300 1800 +435 1550 2100 +435
V8 (KV) 700
V9 (KV) +245
800
+295
900
+345
900
+430
1100
+625
Tablo 3 : Standart Yalıtım Düzeyleri (300 KV- 765 KV arası )
Not: Vm>=300 KV olan yerlerde açma – kapama darbe gerilimleri öncelikle göz önünde bulundurulmalıdır,çünkü açma-kapama darbe gerilimleri yıldırım darbe gerilimlerinden daha küçüktür.Sistem eğer parafudur ile korunmuş ise yalıtkanlık düzeyi küçük olan darbe seviyesi seçilir,ama,eğer sistem parafudur ile korunmamışsa darbe gerilimlerinden büyük olanı yalıtkanlık düzeyi olarak seçilir.İşte bu noktada koruma düzeyinin,yalıtım düzeyi ile koordinasyonunu dikkate aldığımızda,koruma düzeyi sistemdeki en düşük yalıtım düzeyinin altında olmalıdır.Şekil 10’da açıklayıcı bir örnek verilmektedir.
17
Şekil 10: Katı,sıvı ve Gazların yalıtım düzeyleri grafiği 1- Katı Yalıtkan Malzemenin Yalıtım Düzeyi 2- Sıvı Yalıtkan Malzemenin Yalıtım Düzeyi 3- Gaz Yalıtkan Malzemenin Yalıtım Düzeyi 4- Parafudurun Koruma Düzeyi
Şekilden de görüldüğü gibi 10^2 <= t <= 10^3 mikro saniye arasında,eğer parafudur varsa yalıtkan malzemeler korunmuş olur.Eğer parafudur yoksa,önce sıvı yalıtkan delinir sonra katı yalıtkanda ya delinme ya da atlama olur.Daha sonra da gaz yalıtkanda delinme olur.Eğer parafudur korunmuş ama koruma düzeyi grafikte,üst kısımlarda ise koruma görevi yapmadan yalıtkanlar delinmiş olacaktır.Yani parafudurun koruma düzeyi, sistemdeki en küçük yalıtkan düzeyinden de küçük olmalıdır. Yalıtkan malzemelerdeki bozulmalar,izolatörlerdeki kirlenmeler,parafudurların çalışmalarındaki aksamalar yalıtım koordinasyonunu etkileyen etmenlerdir.İyi bir tasarımdan sonra yalıtım koordinasyonunun işlemesi için bakım ve denetlemenin periyodik bir biçimde yapılması gerekir.Aksi halde kirlenmiş izolatörün,nemlenmiş yağın,basıncı düşmüş gazın, kopuk bir topraklamanın olduğu sistemde yalıtım koordinasyonunun bir anlamı kalmaz.
18
KAYNAKLAR İNTERNET KAYNAKLARI
www.ustpower.com/“Fixing High Voltage&Overvoltage Problems
www.abb.com.tr/Overvoltage Protection
www.ti.com/ Application Note 1533 Over Voltage Protection Circuit
http://www.kontrolkalemi.com/yüksek gerilim tekniği ders notları
“Protection of Electronic Circuits from Overvoltages” Ronald B. Standler
www.emo.org.tr/GEÇİCİ AŞIRI GERİLİMLER VE ŞEBEKE YÖNÜNDEN ANALİZİ
www.enkosis.com.tr/Asiri Gerilim ve Yildirima Karsi Koruma Sistemleri
www.ankamuh.com/Aşırı Gerilim Koruma Sis.
www.amper.com.tr/ Surge Protection,overvoltage system,overvoltages,Lightning
www.powerstandards.com/Transient overvoltages
www.automation.siemens.com/Lightning current and overvoltage protection device
www.crcnetbase.com/Switching Overvoltages
www.nalanda.nitc.ac.in/TRANSIENT OVERVOLTAGES IN ELECTRICAL DISTRIBUTION
www2.schneider-electric.com/Overvoltage protection
www.electrical-installation.org/ Chapter J Overvoltage protection
edmundson-electrical.voltilink.co.uk/Protection against lightning & overvoltages
www.whitepape.com/Protecting High-Voltage Motors Against Switching Overvoltages
KİTAPLAR & NOTLAR Okan ÖZGÖNENEL “Yüksek Gerilim Tekniği ders notları “ Muzaffer Özkaya “Yüksek gerilim tekniği ” ITU,Kuffel, E. “Yüksek Gerilim Tekniği” A.Hikmet FIRAT “Yüksek gerilim elemanları ve devre şemaları ” Sefa AKPINAR “Yüksek Gerilim Tekniğinin Temelleri
19