elektrik port üyelik servisleri elektrik port üyelik servisleri

Akım Trafoları için Diferansiyel Koruma

Akım trafoları şalt sahalarının en önemli parçalarından biridir. Bu yazımızda akım trafolarının korunması için gerekli olabilecek diferansiyel koruma çeşitlerini inceledik.



A- A+
14.02.2018 tarihli yazı 15703 kez okunmuştur.

Diferansiyel Koruma İçin Özel Durumları

Günümüzde röle üreticileri farklı diferansiyel koruma türlerini kullanma yoluna gitsede akım trafolarının sekonder kısmını ilgilendiren konular hakkında bilgi sahibi olunmalıdır. Konu hakkında bilgi sahibi olmak aynı zamanda hataları anlamak ve çözebilmek için gereklidir. Diferansiyel koruma, akım trafoları  tarafından sınırlanan giriş ve çıkış akımlarının ölçüldüğü bir alanı izler. Çıkış akımları giriş akımlarıyla tutarlı değilse, korunan alanda bir hata meydana geldiği anlaşılır.

Akım trafolarının gereksinimlerine bağlı olarak uygulanabilecek diferansiyel koruma çeşitleri;
 
► 
Yüksek empedans koruması,

► Kablo diferansiyel koruması
► Yüzde diferansiyel koruması
► Düşük empedans diferansiyel koruması olarak ifade edilebilir.

 


Yüksek Empedans Koruması


Bu koruma türü motorların, jeneratörlerin, baraların ve transformatörlerin kısıtlanmış toprak arızasının (Restricted Earth Fault-REF) engellenmesi için kullanılır. Aynı voltaj düzeyine sahip bir alanın koruması hedeflenir. Uygun koşullarda, giriş akımı ie , çıkış akımı is ile eşit olur. Dolayısıyla diferansiyel akım id = 0 olur.


 

Giriş ve çıkış akımlarının izlendiği alana bir arıza akışı akabilir ve akım trafosunu doyuma götürebilir. Dolayısıyla bu koruma tipinin sistemde kararsızlık oluşturma riski bulunmaktadır. Rölenin kararlılığı, stabilize edici bir dirençle (Rst) seri bağlanarak elde edilir.

(Rst + Rp) ≥ (Rct + 2RL) × Issc / Ir , sistem bu denkleme uyacak şekilde olmalıdır.

Issc = Akım trafosunun sekonder kısmında gözlenen maksimum geçiş akımı,

Ir = Röle sekonder set (ayar) akımıdır.

Rst ; 1-500 ohm arasında değişebilir. Rölenin belirli bir Ir akımında düzgün çalışabilmesi için, knee point gerilimi (knee point voltage: gerilimde % 10'luk bir artışın mıknatıslanma akımını %50 artırdığı gerilimdir)  Vk aşağıdaki değerden daha büyük olmalıdır:



Vk > 2 . (Rst + Rp + Rct + 2RL) . Ir                                (1)

Kural olarak Rct+2RL, Rst+Rp ile karşılaştırıldığında önemsizdir:

Vk ≥ 2 .Ir .(Rst + Rp)                                                  (2)

Bu iki denklem birleştirildiğinde;

Vk ≥ 2 . Issc . (Rct + 2 RL)                                          (3) elde edilir.
 
Bu eşitlikte, Rct değeri yüksek olduğunda Rst ve Vk’nın daha büyük değerlere sahip olduğunu göstermektedir. Yüksek değere sahip stabilize edici direnç, akım trafosunun sekonder kısmında aşırı gerilim oluşmasına sebep olur. Yüksek empedans diferansiyel korumasının yapıldığı uygulama ne olursa olsun, tüm akım trafolarının aşağıdaki özelliklere sahip olmalıdır;


► Aynı oran
► Aynı mıknatıslanma eğrisi (aynı minimum Vk)
► Aynı maksimum Rct

Rölenin Ir akımını algılaması için, paralel bağlı akım trafosu terminallerinde Vs = Vk / 2 gerilimi oluşmalıdır. Bu amaçla, röle tarafından tespit edilen minimum primer akım Irms  değeri ; Irms = n × (Ir + ρ × Ioformülüyle hesaplanır.

n = Akım trafosu oranı
ρ = paralel bağlı akım trafolarının sayısı

 

Motor Diferansiyel Koruma Uygulaması

Motorun duyarsız kalması gereken maksimum geçiş akımı motorun başlatma akımıdır: Issc = Ist ( Sekonder kısmından görülen)

Eğer Ist   akımı bilinmiyorsa;


Ist < 7 × In (motor)   formülü yardımıyla bulunabilir.

 

Jeneratör  Diferansiyel Koruma Uygulaması

Bu uygulamada maksimum geçiş akımı sadece jeneratör tarafından sağlanan kısa devre akımıdır. Jeneratör sub-transient (alt-geçici durum) reaktansının yüzdesini biliyorsanız;

Issc = In × 100 / % X  olarak hesaplanır
 
Bu değer bilinmiyorsa, % X değeri 15 alınır.



 

Toprak Arızası Diferansiyel Koruması (REF) Uygulanması


Bu koruma, transformatörün sekonder sargılarında ve akım trafosuna kadar olan yalıtım hatalarını tespit eder. Korunan alanın dışındaki bir arıza akımı için akım trafolarındaki maksimum geçiş akımına bağlı olarak Rst ve Vk değerleri hesaplanır. İlk yaklaşım olarak, bu akımın transformatör tarafından sınırlandırılan akımdan daha düşük olduğunu söyleyebiliriz.



 

Ithrough = Psct / (Un × √3)

Psct = Pn × 100 / Zsc ( Psct :Trafo kısa devre gücü )

Akım kısa devre gücünü (Pu) bilirsek, daha doğru bir değer hesaplanabilir:
 
(Psct × Pu) / (Psct + Pu) ile

Arıza akımı, akım trafosunun sekonder kısmında görülen Issc'ye dönüştürülmelidir.

 

Kablo Diferansiyel Koruması

Bu koruma türünde kablo veya hattın (wire) her iki ucuna bir röle takılmıştır. Pilot kablolarında (pilot wire), her röle, toplamın görüntüsü olan bir voltaj üretir:

Vtoplam = a×I1 + b×I2 + c×I3 + d×Ih

 

Eğer iki voltaj farklıysa, her iki röle de açar. Böylece bir koruma sağlanmış olur. Bu koruma türünde X Sınıfı akım trafolarının kullanımı gereklidir ve her üretici, minimum knee point voltage (Vk) için bir formül verir. Gerekli minimum diz noktası voltajına bir örnek:

Vk (min) = 0,5 × N × kt × In × (Rct + X × RL)

burada N, kt ve X; röle tepki süresi, duyarlılık ve bağlantı türüne bağlı sabitlerdir.
 

Yüzde Diferansiyel Koruması

 

"Yüzde diferansiyel" terimi, işletme eşiğinin (Operating Threshold) geçiş akımı ile artması gerçeğinden kaynaklanmaktadır. Akımlar basit bir şekilde karşılaştırıldığında, akımla birlikte fazda gerçekleşen her bir yukarı yada aşağı hareket transformatör diferansiyel koruması için uygun değildir.

Bunun nedeni ise:


► Bir güç transformatörünün yukarı veya aşağı akımları aynı genlik ve faz açısına sahip değildir.
► Transformatöre enerji verildiğinde, manyetizasyon akımı sadece yukarı yönde görülür.
  
Bu sorunları çözmek için alınması gereken önlemler:
 
Amaç; rölenin normal çalışma koşullarında aynı genliği, yukarı ve aşağı akımlarında aynı fazı görmesini sağlamaktır. Bu, akım trafosu oranının ve bağlantıların akıllı bir şekilde seçilmesi ile başarılabilir.
 
Bu amaçla eşleşen akım trafoları kullanılır ve korunan alanın dışında bir toprak arızası oluştuğunda korumanın engellenmesine neden olabilecek sıralı akımın yok edilmesine genellikle yardımcı olurlar. Bununla birlikte, yeni dijital rölelerin çoğu dahili olarak, parametre ayarı ile akımları "sıfırlamak" için gereken ayarlamaları yapabilir, böylece bunların uygulanmasını oldukça basitleştirir.

 

Akım Trafosu Gerilimi Vk

Durumların % 99'unda X sınıfı istenir. Minimum knee point voltage uygulanır ve  bu durum akım trafosunun sekonder sargısı Rct’ye ve gerçek yük Rr’ye bağlıdır. Ağın X/R oranını veya güç transformatörünün mıknatıslanma akımını içeren daha karmaşık özellikler bazen belirtilir. Bununla birlikte, kullanıcıların tüm bu parametreleri elde etmede karşılaştıkları sorunlar görüldüğü için, röle tedarikçileri bazen basitleştirilmiş formüller sağlarlar.

Schneider Electric'in Sepam koruma rölesi için minimum knee point voltage örneği:

Vk (min) = A × Ib (Rct + 2 × RL)

2 × RL = Sekonder kablo tesisatının toplam direnci,

Rct = Akım trafosu sekonder sargı direnci,

Ib = Akım trafosu sekonder akımında görülen güç trafosu nominal akımı,

A = Transformatör gücüne bağlı sabit

Sonuç olarak, bu korumanın istikrarı şu şekilde sağlanır:


► Akım trafosu knee point gerilimi Vk’nın doğru seçimi,
► Yükselen akımlar tarafından üretilen 2. harmoniklere karşı bağışıklık sağlayan bir sistem oluşturulması.
 

Düşük Empedanslı Diferansiyel Koruması

Bu koruma baranın diferansiyel koruması için kullanılır. Çok masraflı ve yer kaplayan bir yapıya sahiptir. Çok sayıda modül içerir ve santral boyutuna göre bir veya daha fazla hücreyle, eşleştirilmeye ihtiyaç duyan akım trafoları bulunur.


Çiftli bir bara santralinde, her besleyicinin ve girişin akımlarını, bu besleyicinin veya girişin bulunduğu ara barayı izlemeyle görevli röleye yönlendirmek için, transfer anahtarı konumu sürekli "informed" pozisyonunda bağlanmalıdır. Bununla birlikte doygunluğun tolere edilebilmesi için, knee point voltage gereksinimleri, yüksek empedanslı diferansiyel korumadan daha fazla olmalıdır.


Kaynak:

electrical-engineering-portal.com

 

Ali Can ÇABUKER Ali Can ÇABUKER Yazar Hakkında Tüm yazıları Mesaj gönder Yazdır



Aktif etkinlik bulunmamaktadır.
ANKET
Endüstri 4.0 için En Hazır Sektör Hangisidir

Sonuçlar