9 Koruma Kontrol Izleme 1

EMO YAYIN NO:EK/2011/11

TMMOBElektrik Mühendisleri Odası

e-kitap ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM (9)

Koruma Kontrol ve İzleme 1

*Koruma Sistemlerinin İncelenmesi*Güç Sisteminin Araştırılması ve Çözümler*Koruma Sistemlerinin Koordinasyonu*Şebeke Koruması*Güç Sistemleri Koruması *Güç Sistemleri Koruması *Motorlarda Dış Etkilerin Neden Olduğu Hatalar *Kısa Devrelere Karşı Koruma *Kondansatör Gruplarının Korunması *Aşırı Gerilime Karşı Koruma Cihazları* Koruma Sistemi Seçim Rehberi * AG Sistemlerinde Aşırı Gerilime Karşı Koruma * Yıldırımdan Koruma Sisteminin Tasarımı * Yıldırımdan Koruma Sisteminin Tasarımı * Yıldırımdan Koruma Sistemi * Çok Seviyeli Koruma için Gereklilikler

TURGUT ODABAŞI

ELEKTRİK KUVVTLİ AKIM NOTLARI9 (KORUMA KONTROL VE İZLEME 1I

TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI -1-

ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM (9)

Koruma Kontrol ve İzleme 1

334

Koruma Kontrol ve İzleme

Koruma Kontrol ve İzleme

9

9



Notları Derleyen:

Aydın Bodur

Emre Metin

Notları Yayına Hazırlayan:

Aydın Bodur

Hakkı Ünlü

M.Turgut Odabaşı’na Saygılarımızla

Elektrik Kuvvetli Akım Notları, Turgut Odabaşı’nın Elektrik Tesisat Mühendisleri Dergisinde yayınladığı

yazılardan, ‘Elektrik Kuvvetli Akım Tesisat El Kitabı’ ile her bölümün sonunda belirtilen ABB, Schneider,

Chevron, NAFVAC ve Siemens’in hazırladığı İmalat, Bakım, Montaj El kitaplarından EMO için

derlenmiştir.



9.1. Koruma Sistemlerinin İncelenmesi .................................................... 13

9.1.1 Giriş ............................................................................................... 13

9.1.1.1. Koruma sisteminde olması gereken şartlar .......................... 13

9.1.1.2. Rölelerde olması gereken nitelikler ...................................... 15

9.1.2. Sistemde bir hatanın varolma kriterleri ....................................... 16

9.1.2.1. Şebeke üzerinde bir hatanın varoluş kriterini oluşturan

etkenler .............................................................................................. 16

9.1.3. Koruma Cihazları .......................................................................... 17

9.1.4. Koruma Sisteminin Tasarımı ........................................................ 18

9.1.5. Koruma Sistemi Çalışmaları ......................................................... 19

9.1.5.1. Güç sisteminin araştırılması .................................................. 21

9.1.5.2. Her bir uygulama için çözümler ............................................ 21

9.2. Güç Sisteminin Araştırılması ve Çözümler .......................................... 23

9.2.1. Güç sistemi yapısı ........................................................................ 23

9.2.2 Nötr Topraklama Sistemleri .......................................................... 27

9.2.2.1. Zorluklar ve seçim kriterleri .................................................. 27

9.2.2.2. Aşırı gerilim seviyelerinin azaltılması .................................... 28

9.2.2.3. Toprak hata akımının azaltılması .......................................... 29

9.2.2.4. Nötrü izole sistem ................................................................. 30

9.2.2.5. Nötrü direnç üzerinden topraklı sistemler ........................... 34



9.2.2.6. Düşük reaktans üzerinden nötrün topraklanması ................ 39

9.2.2.7. Kompanzasyon reaktansı üzerinden nötr noktasının

topraklanması .................................................................................... 42

9.2.2.8. Nötrü doğrudan topraklı sistemler ....................................... 45

9.3. Koruma Sistemlerinin Koordinasyonu ................................................ 47

9.3.1. Koordinasyon İşlemleri ................................................................ 47

9.3.2. Koruma Koordinasyonu için Gerekli Veriler ................................ 49

9.3.3. Koruma Koordinasyon Prosedürü................................................ 50

9.3.4. Koordinasyon Zaman Aralıkları .................................................... 50

9.3.5. Koruma Sistemlerinde Seçicilik .................................................... 51

9.3.5.1. Akım Karakteristikli Seçicilik ................................................. 54

9.3.5.2. Lojik Seçicilik ......................................................................... 56

9.3.5.3. Yönlü Koruma Seçiciliği ......................................................... 59

9.3.5.4 Diferansiyel Koruma Seçiciliği ................................................ 60

9.3.5.4. Kombine Seçici Sistemler ...................................................... 63

9.3.6. Toprak Hatasının İzlenmesi ve Koruma ...................................... 63

9.4. Şebeke Koruması ................................................................................ 69

9.4.1 Koruma Sistemi Gereklilikleri ....................................................... 69

9.4.2. Zaman Karakteristikleri ................................................................ 71

9.4.2.1 Sabit zaman karakteristiği ..................................................... 71



9.4.2.2. Ters Akım-Zaman Karakteristiği ............................................ 71

9.4.3. Seçicilik ........................................................................................ 74

9.5. Güç Sistemleri Koruması ..................................................................... 80

9.5.1. Tek Beslemeli Güç Sistemleri ....................................................... 80

9.5.1.1 Fazlar arası hata durumu ....................................................... 80

9.5.1.2. Faz-toprak hatası .................................................................. 81

9.5.2. İki Besleme Girişli Sistemler. ........................................................ 86

9.5.2.1. Fazlar arası hatlar.................................................................. 86

9.5.2.2 Faz-Toprak hataları ................................................................ 87

9.5.3. İlave koruma fonksiyonları .......................................................... 89

9.5.3.1. Kuplaj .................................................................................... 89

9.5.4. Açık Gözlü Şebekeler .................................................................. 92

9.5.5. Kapalı Gözlü Şebekeler. ............................................................... 93

9.5.5.1. Diferansiyel Koruma ............................................................. 93

9.5.6.2.Aşırı akım koruma ve yönlü lojik seçicilik .............................. 94

9.6. BUSBAR Koruması ............................................................................... 96

9.6.1. Hata Tipleri Ve Koruma Fonksiyonları ......................................... 96

9.6.1.1. Faz arası ve faz-toprak hataları ............................................. 96

9.7. Transförmatör Koruması .................................................................... 99



9.7.1. Korumanın Amacı ........................................................................ 99

9.7.2. İşletmedeki Zorlanmalar ve Hata Şekilleri .................................. 99

9.7.2.1 Aşırı yüklenme ....................................................................... 99

9.7.2.2. Kısa devre ........................................................................... 101

9.7.2.3. Tank hataları: ...................................................................... 101

9.7.3. Transformatörün Devreye Alınması .......................................... 105

9.7.3.1. Transformatörde 3-faz aşırı akım koruması ....................... 107

9.7.3.2 Kısa Devre Koruması ............................................................ 109

9.7.4. Yönlü Aşırı Akım Rölelerinin Açıklanması .................................. 112

9.7.4.1. Toprak hata yönlü koruma ................................................. 112

9.7.4.2. Transformatör Diferansiyel Koruma ................................... 115

9.7.5. Transformatörlerde Toprak Hata Koruması .............................. 123

9.7.6. Transformatör Termik Aşırı Yük Koruması ................................. 128

9.7.9.1. Gaz etkisiyle çalışan röleler................................................. 128

9.7.7. Transformatör Korumaları ile ilgili Örnekler .............................. 131

9.8 Jeneratör Koruması............................................................................ 134

9.8.1. Jeneratör ve Jeneratör-Transformatör Üniteleri için ................ 135

Koruma Röleleri ................................................................................... 135

9.8.1.1. Strator toprak hata koruması ............................................. 135



9.8.1.2 Yönsüz toprak hata akımı rölesi ........................................... 139

9.8.1.3 Yönlü toprak hata rölesi ...................................................... 140

9.8.1.4. Faz kısa devre koruması ...................................................... 141

9.8.1.5. Jeneratörün diferansiyel koruması ..................................... 141

9.8.2. Jeneratör Koruması için tavsiye edilen ayar değerleri............... 144

9.9. Motor Koruması ............................................................................... 145

9.9.1. Termik Koruma .......................................................................... 145

9.9.2. Rotor Blokaj Koruması ............................................................... 145

9.9.3. Aşırı Akım Korumaları ................................................................ 145

9.9.4. Toprak Hata Korumaları ............................................................ 146

9.9.5. Düşük Gerilim Koruması ............................................................ 146

9.9.6. Motorun Diferansiyel Koruması ................................................ 146

9.9.7. Akım Dengesizliği Koruması ANSI 46 ......................................... 147

9.9.8. Motorda Meydana Gelebilecek Hata Tipleri ............................. 147

9.9.9. Besleme Sistemi Hataları ........................................................... 148

9.10. Motorun İç Hataları ........................................................................ 149

9.10.1 Faz –faz kısa devreleri: .............................................................. 149

9.10.2. Aşırı Gerilimlere Karşı Koruma ................................................. 150

9.10.2.1 Aşırı Gerilimler ................................................................... 150



9.10.3. Motordaki Hatalar. .................................................................. 151

9.11. Motorlarda Dış Etkilerin Neden Olduğu Hatalar ............................ 153

9.11.1. Motor beslemesi ile ilgili hatalar. ............................................ 153

9.11.2. Motor işletmesi sırasında meydana gelen dış hatalar . ........... 159

9.11.2.1. Motorun yol alması: ......................................................... 159

9.11.2.2. Motorun kilitlenmesi ........................................................ 159

9.12 Kısa Devrelere Karşı Koruma ........................................................... 161

9.12.1. Genel Bakış .............................................................................. 161

9.12.1.1. Termal davranış ................................................................ 161

9.12.1.2. Elektro dinamik davranış .................................................. 162

9.12.2. Sigortalar ................................................................................. 163

9.12.3. Manyetik Kesiciler ................................................................... 164

9.12.4. Aşırı Yüke Karşı Koruma ........................................................... 166

9.12.4.1. Aşırı yük röleleri (termal ve ya elektronik) ....................... 168

9.13. Kondansatör Gruplarının Korunması .............................................. 174

9.13.1 Hata Tipleri ............................................................................... 174

9.13.1.1. Aşırı yüklenmeler .............................................................. 176

9.13.1.2. Kısa devreler ..................................................................... 176

9.13.1.3. Gövde hataları .................................................................. 176



9.13.1.4. Kapasitör elemanı kısa devresi ......................................... 177

9.13.2. Kapasitör Gruplarının Korunması ile ilgili Örnekler ................. 177

9.13.3. Aşırı Gerilimler ......................................................................... 179

9.13.3.1. Transiyen aşırı gerilimler : ................................................ 180

9.13.3.2. Standart gerilim şekilleri ................................................... 180

9.13.3.3. Güç frekansında aşırı gerilimler ........................................ 181

9.14 Aşırı Gerilime Karşı Koruma Cihazları .............................................. 220

9.14.1. Koruma Seviyesi ....................................................................... 220

9.14.1.1. Eklatörler veya kıvılcım atlatıcılar ile koruma ................... 221

9.14.1.2. Parafudrlar ....................................................................... 223

9.15 Koruma Sistemi Seçim Rehberi ........................................................ 229

9.15.1. Jeneratör Korumaları ............................................................... 229

9.15.1.1. Nötrü düşük değerli direnç üzerinden topraklı küçük

makinalar için minimum koruma ..................................................... 229


makinalar için alternatif koruma sistemi ......................................... 231

9.15.1.3. Nötrü düşük/yüksek değerli direnç üzerinden topraklı

küçük makinalar için tavsiye edilen koruma sistemi ....................... 232

9.16. Kabloların Aşırı Yükle Kısa Devreye Karşı Korunması ..................... 235

9.16.1. Kabloların Aşırı Yüke Karşı Korunması ..................................... 235



9.16.2. Kısa Devreye Karşı Koruma ...................................................... 239

9.16.3 Koruma (PE), Nötr (N) ve Eşpotansiyel Bağlantı İletkenleri ..... 247

9.16.3.1. Nötr İletkenleri ................................................................. 247

9.16.4. Parafudrların Alçak Gerilim Tesislerinde Yerleştirilmesi.......... 254

9.17. AG Sistemlerinde Aşırı Gerilime Karşı Koruma ............................... 258

9.17.1. Aşırı Gerilim Koruma Cihazları ................................................. 261

9.17.1.1. Parametrelerin Açıklanması.............................................. 261

9.17.1.2.Yıldırıma ve Aşırı Gerilimlere Karşı Koruma Sistemleri ...... 264

9.17.2. Yıldırım Deşarjı ve Zamana Bağlı Olarak Yıldırım Akımının

Gelişimi ................................................................................................ 267

9.17.3. Yıldırım Akımının Şarjı .............................................................. 274

9.17.4. Yıldırım Koruma Seviyelerine göre Yıldırım Akım

Parametrelerinin Tayini ....................................................................... 279

9.18. Yıldırımdan Koruma Sisteminin Tasarımı ........................................ 280

9.18.1.Hasar Riskinin Tayini ve Koruma Elemanlarının Seçimi ............ 281

9.18.1.1.Risk yönetimi ..................................................................... 281

9.18.1.2. Risk tayinin esasları ........................................................... 281

9.19. Yıldırımdan Koruma Sistemi ........................................................... 286

9.19.1. Harici Yıldırımdan Koruma Sistemi .......................................... 288

9.19.1.1. Döner Küre Metodu –geometrik elektriksel model .......... 289



9.19.1.2. Ağ (göz ) Metodu .............................................................. 295

9.19.1.3. Koruma Açısı Metodu ....................................................... 296

9.19.1.4. Çatı üzerinde bulunan yapılar için izole yıldırım yakalama

sistemleri ......................................................................................... 302

9.19.3. maxI veya impI Maksimum Akımları ....................................... 304

9.19.4. Gerilim koruma saviyesi Up .................................................... 305

9.19.5. Akım Kapasitesinin Belirlenmesi .............................................. 306

9.19.6. (Up) Gerilim koruma seviyesinin tayini ................................... 309

9.20. Çok Seviyeli Koruma için Gereklilikler. ........................................... 310

9.20.1. Aşırı Gerilimlere Karşı Koruma Cihazlarının Seçimi ve Tesis

Edilmesi................................................................................................ 310

9.20.1.1. Güç besleme sistemleri..................................................... 310

9.20.2. SPD’lerin Teknik Karakteristikleri ............................................ 312

9.20.2.1. Maksimum sürekli gerilim UC ........................................... 312

9.20.2.2. Darbe akımı Iimp ................................................................. 312

9.20.2.3. Nominal deşarj akımı In ................................................... 313

9.20.2.4. Gerilim koruma seviyesi Up ............................................. 313

9.20.2.5. Kısa devre dayanım kapasitesi .......................................... 314

9.20.2.6. UC geriliminde Akan akımı söndürme kapasitesi Ifi ........... 314

9.20.3. Koordinasyon ........................................................................... 314



9.20.4. TOV Gerilim ............................................................................. 315

9.20.5. Değişik sistemler için SPD’lerin kullanımı ................................ 315

9.20.5.1. SPD cihazlarının TN sistemlerde kullanılması ................... 316

9.20.5.2. TT sistemlerde SPD lerin kullanılması ............................... 319

9.20.5.3. IT sistemlerde SPD lerin kullanılması ................................ 321

9.20.6. SPD’lerin bağlantı hatlarının uzunluğu .................................... 324

9.20.6.1. IEC 60364-5-534 ye uygun olarak yapılan V şeklinde seri

bağlantı ............................................................................................ 324

9.20.6.2. IEC 60364-5-534 e göre paralalel bağlama ....................... 325

9.20.6.3. Toprak tarafında bağlantı hatlarının tasarımı ................... 328

9.20.6.4. Faz tarafına kablo bağlantı hatlarının tasarımı ................. 329

9.20.6.5. Kesitlerin değerleri ve darbe koruma cihazlarının artçı

koruması .......................................................................................... 330

9.20.6.6. Yıldırımdan Koruma Bölgesi Kavramı................................ 332



9.1. Koruma Sistemlerinin İncelenmesi

9.1.1 Giriş

Jeneratör, transformatör, kablo, hat gibi şebeke elemanlarının birinde kısa

devre veya izolasyon hatası sonucunda ark veya arıza akımlarının ve aşırı

gerilimlerin yol açabileceği zararları sınırlandırmak veya en aza indirmek

ve sürekli bir kısa devrenin şebekenin genel işletmesi ve özellikle

stabilitesi üzerindeki etkileri ortadan kaldırmak için hatalı elemanın veya

şebeke bölümünün olabildiğince çabuk devre dışı edilmesi gerekmektedir.

Hatalı elemanın veya şebeke bölümünün otomatik olarak devre dışı etmek

işlemi koruma sistemleri vasıtasıyla yapılır. Söz konusu koruma sistemleri

ana başlıklar olarak, şebekenin hat, kablo, jeneratör veya transformatör

gibi şebekenin bir bölümünü veya tamamını devamlı olarak gözeten ve

şebekedeki akım ile şebeke tarafından beslenmekte olan röleler

topluluğunu kapsamaktadır. İzlenen kısımda hata oluştuğunda ayarlanan

değerlerin üzerindeki röleler işletmeye girer ve bu durumda düzenlenmesi

göz önüne alınan sisteme bağlı kontaklar dizisi açılıp veya kapanmak

suretiyle elemanı devreye bağlayan anahtarı açarak, hatalı bölümün devre

dışı olması sağlanır.

Koruma sistemlerinin iletim dağıtım şebekesinde olduğu gibi endüstriyel

şebekelerin güvenilir bir şekilde işletilip korunmasında da çok önemli bir

yeri vardır.

9.1.1.1. Koruma sisteminde olması gereken şartlar

1. Güvenilir bir şekilde yapılmış bir koruma sistemi, hatanın

meydana geldiği şebeke bölümünü kesinlikle devreden çıkarmalı;

hatalı bölümün haricindeki şebeke bölümleri devrede kalarak



işletmeye devam etmelidir. Kısaca diğer bölümlere ait anahtarlar

kapalı olarak devrede kalma şartıyla sadece hatalı cihazı veya

bölümü çevreleyen anahtarlar açılmalıdır.

Şekil 9.1. Genel şebeke yapısı

Şekil 9.1’de sadece L11 ve L12 hatlarında kısa devre olursa L11

ve L12 anahtarlarının açılması gerekir. Koruma sistemindeki

diğer anahtarlardaki açılma gereksiz açma olacaktır. Koruma

sisteminin sadece hatalı elemanı seçmeyi başarırsa bu koruma

sistemine seçici koruma sistemi denir. Bir koruma sistemi

güvenilir olmalı yani gerekli olan durumların hepsinde

çalışabilmeli ve aynı zamanda seçici nitelikte olmalıdır.

2. Koruma sisteminin olabildiğince kısa süre içinde çalışması

gerekmektedir. Oluşabilecek zararların en aza indirilmesi için arklı

kısa devrelerin açılma sürelerini olabildiğince azaltmak gerekir.

Bundan başka çoğu kez 1-faz toprak arasında başlayan arkın

gelişerek başka fazlara da geçmeye zaman bulmasını önlemek

gerekir. Özellikle kısa devrelerin çabuk giderilmesi, iletim

şebekelerinde stabiliteyi sağlamada en etkin yol olmaktadır.

3. Bir koruma sisteminin davranışı, şebekenin yapısından

olabildiğince bağımsız kalmalı, manevra serbestliği sağlamalı ve

ayar değişiklikleri gerektirmeden buklajlara, paralel bağlamalara

besleme değişikliklerine elverişli olmalıdır. Koruma sistemlerini

şebeke yapısının değişimlerine olabildiğince duyarsız yapmaya

çaba göstermelidir.



4. Sistemlerin belirlenen değerlerden ve sürelerden fazla olmamak

kaydıyla aşırı yüklere duyarsız kalması istenir. Eğer aşırı yüklenme

süresi uzar ve cihazlarda tahribatlara yol açabilecek termik

ısınmalar meydana gelmesi durumunda bu ısınma ani açmalı

röleler değil de termik koruma röleler veya ters zamanlı röleler

tarafından izlenmeli ve gerekli açma kumandası verdirilmelidir.

5. Koruma sistemi kısa devre akımlarının şiddetleri, cinsi ve hata

yeri nerede olursa olsun işlemek zorundadır. Bazı durumlarda

kısa devre akımının değeri normal akım değerinden daha düşük

olabilmektedir. Hata yeri nerede olursa olsun şebekenin her türlü

işletme şartları altında hatanın giderilmesini sağlamak için

sistemin duyarlılığının yeterli seviyede olması gerekmektedir.

Bununla beraber röleleri minimum kısa devre altında duyarlı

yapmak verimsiz ve üstelik çok az yarar sağlamaktadır.

6. İşletmenin devreye almasını uzatan ya da zorlaştıran ve hiç bir

fayda sağlamayan bir şebeke parçalanmasına yol açmamak için

asenkron bir çalışma sırasında gerilimler, akımlar ve güçlerde

kendini gösteren salınımlara duyarsız kalınması gerekir.

9.1.1.2. Rölelerde olması gereken nitelikler

1. Olabildiğince basit ve sağlam olmalı,

2. Hızlı olmalı,

3. Oldukça az bir tüketimi olmalıdır. Bu özelliğin rölerin şebekeye

bağlantısını sağlayan transformatörler üzerinde büyük etkileri

vardır,



4. Bir kısa devre anında ortaya çıkabilen en küçük akımlar ve en

düşük gerilimlerin etkisinde bile doğru çalışmak için yeterli

duyarlılığa sahip olmalı,

5. Açtırma işlemlerini tehlikeden uzak kontaklarla

gerçekleştirmelidir.

9.1.2. Sistemde bir hatanın varolma kriterleri

Çeşitli koruma sistemleri ile bu sistemleri meydana getiren rölelerin

sağlaması gereken şartların belirlenmesinden sonra bunların

gerçekleştirilmesinden önce rölelerin korudukları kısım üzerindeki bir kısa

devreyi veya hatayı ortaya çıkarabilmeleri için duyarlı olmak zorunda

kalacakları büyüklük veye büyüklükleri belirlemekle işe başlanır.

Bir hatanın meydana gelmesi, doğal olarak göz önüne alınan elemana ait

gerilim ve akımları az yada çok değiştirmeleri ile görülür. Üç fazlı bir

cihazda şebeke durumunun niteliğini belirlemekte kullanılan sadece 3-faz

– nötr gerilimi, 3-faz arası gerilimi ile fazlardaki 3-akım olduğundan,

rölelerin üzerine etki yapan büyüklüklerin bu akımlar ve gerilimlere

zorunlu olarak bağlı kalmaları gerekir.

9.1.2.1. Şebeke üzerinde bir hatanın varoluş kriterini oluşturan

etkenler

1. Bir kısa devre aşırı akımlar ve gerilim düşmeleri ile anlaşılır. Bu iki

etken yeterince güvenilir kriterler oluşturmamaktadır. Her hata

aşırı akımlara yol açmaz. Aşırı akımlar ve gerilim düşmeleri

motorların yolalması veya transformatörün enerjilendirilmesi

gibi durumlarda hiç bir hata yok iken kendini gösterebilir.



2. Bir devre elemanının görünen empedansındaki değişme

değerlendirilerek yukarıdaki iki etken birleştirilebilir. Örneğin L1

fazına ait faz-nötr gerilim ve akım 11 , LL IU ve L2 fazına ait faz-

nötr gerilim ve akım 22 , LL IU olduğunda 1 ve 2 fazlarına ait

empedanslar 21

21

LL

LL

IIUUIU

ile belirlenir. Bir hata halinde görünen

empedans yük değişimi sonucu olabilenlerden daha büyük ve ani

bir azalmaya uğrar. Bu kriter hata var oluş kriteri olarak

benimsenmektedir.

3. Her dengesiz arıza, gerilimler ve akımlarda doğru, ters ve sıfır

bileşenleri ortaya çıkarmaktadır. Hatalı fazlardaki gerilim

düşmesine karşılık gerilimlerin ters ve sıfır bileşenleri hata yerinde

maksimum değerler almaktadır.

4. Genel olarak hatasız şebekenin bir elemanındaki kapasite akımları

ve mıknatıslanma akımları gibi paralel akımlar, işletme akımları ve

kısa devre akımları yanında küçüktür. Normal çalışmada bir

elemanın veya devrenin çıkışındaki 2I akımı girişteki 1I akımına

bazı durumlarda çevirme oranı farkı ile yakın olacaktır. Buna

karşılık bir elemanda veya devrede bir hata meydana gelirse 2I ile

1I akımlarının geometrik farkı büyük olacak ve bu özellik bir

hatanın belirlenmesi için kullanılacaktır.

5. Giriş ve çıkış arasındaki güç yönünün değişmesi de etkenlerdendir.

9.1.3. Koruma Cihazları

Elektriksel tehlikelere karşı insan hayatının korunmasına katkıda

bulunur,



Ekipmanların hasara uğramasını önler (OG baralarında meydana

gelen 3-faz kısa devrede 1 saniye içinde 50 kg bakır erir ve ark

merkezindeki sıcaklık 100000C yi aşar).

Ekipmanlar üzerindeki termal ,dielektrik ve mekanik zorlanmaları

sınırlandırır.

Komşu tesisleri korur (örneğin komşu devrelerdeki endüklenen

gerilimleri azaltır).

Bu maksatlara ulaşmak için, koruma sistemi hızlı güvenilir olmalı

ve seçiciliği sağlamalıdır.

Koruma sistremi aktif hale gelmeden önce hata, meydana

geldiğinden; başka bir deyişle hata meydana geldikten sonra

koruma sistemi harekete geçtiğinden, koruma sistemi, hatanın

etki süresini kısaltarak etkilerini sınırlandırır.

Bundan dolayı koruma sistemi bozunmaları önleyemez, sadece

etkileri ve etki süresini sınırlandırır. Koruma sisteminin seçimi

özellikle enerjinin sürekliliği ve elde edilebilirliği ile elektrik

besleme emniyeti arasında teknik ve ekonomik nedenlerle sık sık

karşılaştırma yapılarak gerçekleştirilir.

9.1.4. Koruma Sisteminin Tasarımı

Bu adım baştan aşağıya güç sisteminin yapısına uyumu ve buna uygun

koruma sisteminin elemanlarının seçimini kapsamaktadır.

Koruma sistemi şekil 9.2’de görüldüğü gibi aşağıda açıklanan

elemanlardan meydana gelmektedir.



Şekil 9.2. Koruma sistemi

Akım ve gerilim ölçü sensörleri hatayı algılamak için gerekli verileri

sağlar

Koruma röleleri güç sisteminin elektriksel durumunu sürekli

izleyerek ve değerlendirerek hatalı bölümü ayırmak için gerekli

açtırma kumandasını verir.

Kesici veya sigorta kontaktör kombinasyonu gibi anahtarlama

elemanları gerekli açmayı ve ayırmayı sağlar .

9.1.5. Koruma Sistemi Çalışmaları

Güç sistemlerinin ve makinaların ana hataların etkilemesine karşı koruma

yapması için cihazların belirlenmesi işlemidir.

Başlıca hatalar:

Faz arası ve faz-toprak kısa devresi



Aşırı yükler

Döner makinaların kendisinden kaynaklanan hatalardır.

Koruma sistemi çalışmalarında aşağıda açıklanan parametreler mutlaka

göz önüne alınmalıdır.

Güç sisteminin yapısı çeşitli işletme şekillerinde sistem davranışı,

Nötr topraklama sistemleri,

Güç kaynaklarının karakteristikleri (şebeke kısa devre gücü,

transformatörün gücü ve kısa devre gerilimi, jeneratörlerin gücü,

subtransiyen, transiyen ve senkron reaktansları, OG motorlarının

gücü ve yol alma akım değerleri gibi) ve hata halinde hata akımı

üzerine katkıları,

İşletmenin süreklilik gereklilikleri...

Koruma ünitelerinin ayarlarının belirlenmesi ve koruma sisteminin

oluşturulması

Her bir koruma ünitesi işletme şekillerinin tamamında mümkün olan en iyi

işletmeyi sağlayacak şekilde ayar edilmelidir. En iyi ayarlama değerleri

tesisdeki çeşitli elemanların detaylı karakteristikleri esa alınarak yapılan

hesaplamaların sonucunda belirlenir.

Güç sistemleri için koruma sisteminin oluşturulması iki bölümden oluşur:

Bölüm 1. Güç sisteminin araştırılması

Bölüm 2. Her bir uygulama için çözümler



9.1.5.1. Güç sisteminin araştırılması

Bu bölüm, koruma sisteminin gerçekleştirilmesi için gerekli bilginin ortaya

çıkarıldığı teorik bir bölümdür. Aşağıdaki kısımları kapsar

Güç sisteminin yapısı: OG güç sistemlerinde kullanılan ana

yapının belirlenmesi.

Nötr topraklama sistemi: OG’de kullanılan nötr topraklama

sisteminin ve seçim kriterlerinin belirlenmesi.

Kısa devre akımları: Kısa devre akımlarının karakteristiklerinin,

kısa devre akımlarının miktarları ve elektrik elemanları üzerindeki

etkilerinin belirlenmesi.

Ölçü sensörleri: Akım ve gerilim için kullanılan ölçü

transformatörlerinin karakteristiklerinin güç ve duyarlılık

seviyelerinin belirlenmesi.

Koruma fonksiyonları: koruma ünitelerinin fonksiyonlarının ve

ANSI kodların belirlenmesi.

Koruma cihazlarının seçiciliği: etkili hata ayırmayı sağlayacak

tekniklerin belirlenmesi gibi aşamaları ihtiva eder.

9.1.5.2. Her bir uygulama için çözümler

Bu bölüm, her bir uygulamada karşılaşılan hata tipleri üzerinde pratik

bilgileri sağlayacaktır. Uygulamalar:

Güç sistemleri

Busbarlar



Hatlar ve kablolar

Transformatör

Motorlar

Jeneratörler

Kapasitörler

Koruma ünitelerinden oluşur.

Şimdi güç sistemlerinin araştırılması ve çözümlerin belirlenmesine detaylı

olarak girebiliriz.



9.2. Güç Sisteminin Araştırılması ve Çözümler

9.2.1. Güç sistemi yapısı

Güç sisteminin çeşitli elemanları farklı şekilde düzenlenir. Yapılanmanın

ortaya çıkardığı karmaşa enerjinin elde edilebilirliği ve yatırım

maliyetlerini belirler. Belirlenen uygulama için yapının seçiminde teknik

gereklilikler ve maliyetler arasındaki ticari gereklilikler esas alınır.

Tablo 9.1. Sistem yapıları

Güç sistemindeki yapılar aşağıda verilmektedir. Bunlar



Radyal sistemler,

Tek taraflı besleme,

İkili taraflı besleme,

Paralel besleme,

İki baralı ikili besleme,

Gözlü sistemler,

Açık gözlü,

Kapalı gözlü,

İç güç üretimli sistemler,

Normal güç üretimi,

Kaynak değiştirme,

Şekil 9.3. Radyal besleme sistemleri



Şekil 9.4. Paralel besleme sistemi

Şekil 9.5 İki busbarlı besleme sistemi



Şekil 9.6 Gözlü besleme sistemleri

Şekil 9.7 İç enerji üretimi ile besleme sistemi



9.2.2 Nötr Topraklama Sistemleri

Nötr noktası tipine (kapasitif, omik ve endüktif) ve nötr empedansı ZN

değerine göre 5 farklı metotla topraklanır.

NZ nötr ve toprak arasında hrhangi bir bağlantının olmadığı

izole nötr

NZ oldukça yüksek değerli direnç üzerinden nötr ile toprak

arasında bağlantının yapılması

NZ genellikle düşük değerli endüktans üzerinden nötr ile toprak

arasında bağlantı yapılması

NZ sistem kapasitansını kompanze edebilmek için kompanzasyon

reaktansı üzerinden nötr ile toprak arasında bağlantının yapılması

00NZ Nötrün toprağa doğrudan bağlanması

9.2.2.1. Zorluklar ve seçim kriterleri

Seçim kriterleri bir çok faktörü kapsar:

Güç sistemi fonksiyonları, aşırı gerilimler, hata akımı gibi teknik

gereklilikler,

İşletme sürekliliği, bakım gibi işletmeye yönelik gereklilikler,

Emniyet,

Yatırım ve işletme giderleri gibi maliyetler,



Yerel ve ulusal uygulamalar,

9.2.2.2. Aşırı gerilim seviyelerinin azaltılması

Şekil 9.8 Toprak hatası durumunda güç sisteminin eşdeğer şeması

Aşırı gerilimler, malzemelerin izolasyonunda dielektrik bozulmasına ve

sonuçta kısa devreye yol açar.

Aşırı gerilimlerin birkaç orjini vardır:

Enerji iletim sistemlerinin maruz kaldığı ve kullanıcıların besleme

noktalarına kadar etkili olan yıldırım aşırı gerilimleri,

Rezonans ve ferro rezonans gibi kritik durumların ve açma

kapama olaylarının neden olduğu aşırı gerilimler,

Toprak hatasından dolayı ortaya çıkan aşırı gerilimler.



9.2.2.3. Toprak hata akımının azaltılması (Şekil 9.8 Ik1)

Çok yüksek değerde meydana gelen hata akımları:

Hata yerinde oluşan ark tarafından hasarlara, özellikle döner

makinalarda manyetik devrenin erimesine,

Kablo ekranının termal dayanımına,

Topraklama direncinin büyüklüğüne,

Yakınlardaki telekomünikasyon devrelerindeki endüksiyona,

Açıkta bulunan iletken bölümlerin potansiyel altında kalmasından

dolayı insan hayatında tehlike meydana gelmesine neden olur

.Genellikle 2-tip nötr topraklaması üzerinde durulur:

İzole nötr, burada nötr üzerinden toprak hata akımının akışı

ortadan kaldırılırken çok yüksek aşırı akımlar meydana gelir.

Doğrudan toprağa bağlanan nötr, aşırı gerilimlerin azalmasına

karşılık yüksek toprak hata akımları meydana gelir.

İşletme gerekliliklerine gelince, kullanılan nötr topraklama metoduna

göre:

Birinci hatadan sonra sürekli işletme mümkün olabilir veya

olmayabilir,

Dokunma gerilimleri farklıdır,

Korumanın seçiciliği uygulama için zor veya kolay olabilir .

Bu çözümler arasında en sık kullanılanı nötr noktasının empedans

üzerinden topraklanmasıdır.



Tablo 9.2. Nötr topraklama sistemlerinin karşılaştırılması

9.2.2.4. Nötrü izole sistem

Blok diyagram

Ölçü ve koruma cihazlarının haricinde nötr noktasının toprağa bağlantısı

yoktur.

Çalışma Tekniği

Bu güç sistemi tekniğinde , Faz toprak hatası hatasız fazlar üzerinden akan

çok düşük akımı üretir. (şekil 7.9)

Şekil 9.9. İzole sistemlerde kapasitif toprak hata akımları

Hat akımı Ik1 = 3 • C • w • V

burada :



V faz-nötr gerilimi,

C fazların faz-toprak kapasitansları ve

w güç sisteminin açısal frekansıdır w = 2 • p • f

Ik1 hata akımı birkaç amperden farklı olmamak kaydıyla herhangi

bir zarara neden olmadan prensip olarak uzun süre kalabilir (150

mm2 kesitte XLPE ve kapasitansı 0,63 mikroF/km 6kV kabloda yaklaşık 2

A/km). Birinci hatada sistemin veya hatalı kısmın devre dışı

edilmesine gerek yoktur. Bu çözüm işletme sürekliliği için bir

avantaj sağlar .

İzolasyon hata kaldırılmadığı sürece izolasyon izleme cihazı veya

nötr gerilimi yer değiştirme koruma ünitesi (ANSI 59N) tarafından

sürekli olarak izlenmelidir. (şekil 9.10)

Şekil 7.10. İzolasyon izleme cihazı (IMD)



Sonraki hata oluşmasını beklemeden hatalı fiderin hızla otomatik

olarak belirlenmesi ve operatör tarafından devre dışı edilmesi

gerekir.

Eğer birinci hata temizlenmemişse, diğer fazda ikinci bir hata

meydana geldiğinde iki faz –toprak kısa devresi meydana gelecek

koruma sistemi tarafından hatalı bölüm/bölümler devre dışı

edilecektir.

Avantaj

Bu sistemin temel avantajı otomatik açtırma yaptırmayacak seviyede

düşük hata akımı meydana geldiğinde işletme sürekliliğinin sağlanmasıdır.

İkinci hata halinde hatalı bölüm/bölümler devre dışı edilir.

Sakıncaları

Eğer aşırı gerilimler çok yüksek ise hatanın açılmamasından dolayı

elimine edilemesi başlıca sakıncaları teşkil eder.

Ayrıca bir faz topraklandığında, diğer fazlar toprağa göre gerilim

güç frekansında faz arası gerilim değerine yükselir. Bu ise ikinci

hat ihtimalini arttırır. Bu göz önüne alındığında faz-toprak

izolasyon gerilimi, faz-faz gerilim değerine yükseltilirse büyük

oranda yatırım maliyetleri artar.

İzolasyonun birinci hatanın oluşundan sonra mutlaka izlenmesi

gerekmektedir.

Bakım departmanı tarafından birinci hatanın yerinin hızla

belirlenmesi gerekmektedir.

Birinci hatada koruma seçiciliğinin sağlanması çok zordur.

Ferrorezonans tarafından aşırı gerilim oluşma riskleri vardır.



Koruma fonksiyonu

Hatalı fider ANSI 67N yönlü toprak hata koruma ünitesi tarafından

algılanır, (Şekil 9.11)

Şekil 9.11. Yönlü toprak korumasında algılama

Şekil 9.11’deki diyagram rezidüel akım ve gerilim arasında hatalı fider ve

her bir sağlam fiderde faz yer değiştirme açısını karşılaştırarak seçici

uygulamayı göstermektedir. Akım çekirdek dengeli akım transformatörü

vasıtasıyla ölçülür ve açtırma eşik değerleri

Gereksiz açmayı önlemelidir,

Diğer fiderlerin kapasitif akım değerlerinden daha az olacak

şekilde ayarlanır.



Uygulamalar

Bu çözüm işletme sürekliliği gerektiren endüstriyel güç sistemlerinde

sıklıkla kullanılır.

9.2.2.5. Nötrü direnç üzerinden topraklı sistemler

Blok diyagram

Nötr noktası bir direnç üzerinden toprrağa bağlanır.

İşletme tekniği

Güç sisteminin bu tipinde, omik empedans Ik1 toprak hata akımını sınırlar

ve bu sistemde de aşırı gerilimler meydana gelir.

Ancak, koruma ünitesi hatalı bölümü/bölümleri devre dışı bırakır. Döner

makinaları besleyen güç sistemlerinde, 15-50 A arası toprak hatası akımı

oluşacak şekilde direnç değeri hesaplanır. Bu düşük akım değeri, kolay

algılamayı sağlamak ve toprak kapasitans akım değerinin iki katına eşit

veya daha fazla olmalıdır ( CRN II .22 ) . CI güç sistemindeki toplam

kapasitif akımdır.

Dağıtım sistemlerinde, kolayca algılamayı sağlamak ve yıldırım

gerilimlerinin toprağa akışı sağlanabiliyorsa 100-300A gibi yüksek değerler

kullanılabilir.

Avantajları

Bu sistem düşük hata akımı ve tatmin edici aşırı gerilim boşalması

arasında iyi bir uyumluluk sağlar,

Faz-toprak gerilimi için faz arası gerilim izolasyon değeri

sağlamaya gerek yoktur,



Koruma üniteleri basit ve seçicidir ve akım sınırlandırılmıştır,

Sakıncaları

Hatalı fiderin işletme sürekliliği ortadan kalkar ve toprak hataları

mutlaka hata meydana geldikten sonra mümkün olduğu kadar

çabuk ve hızlı bir şekilde hatalı bölüm/bölümler devre dışı edilir.

Daha yüksek gerilim ve akım değerlerinin sınırlandırılmasına

karşılık topraklama direncinden dolayı daha yüksek maliyet ortaya

çıkar .

Nötrün topraklaması

Eğer nötr noktasına girilebiliyorsa diğer bir deyimle sargılar yıldız bağlı

ise, topraklama direnci nötr ile toprak arasına bağlanabilir. Veya 1-fazlı

transformatör üzerinden sekonder sargılar üzerine eşdeğer direnç

bağlanabilir (şekil 9.12 ve şekil 9.13)

Şekil 9.12 . Nötr ve toprak arasına doğrudan direnç bağlanması



Şekil 9.13. Nötr ve toprak arasına 1-fazlı transformatörün sekonder sargısı

üzerinden direnç bağlanması

Nötr girilemez şekilde diğer bir deyimle sargılar üçgen bağlı ise veya

koruma sistemi araştırması sonunda uygunsuzluk görülürse aşağıda

açıklanan şekillerde suni nötr noktası oluşturulur.

Baralara sıfır bileşen jeneratörü bağlanır. Bu çok düşük değerde sıfır

bileşen reaktanslı özel bir transformatörden oluşturulur. Bunlardan

birincisi primer nötrü doğrudan topraklı ve üçgen sargı uçlarına

sınırlandırıcı direnç bağlanan yıldız-üçgen transformatörden oluşur. (AG

izolasyonu, en pahalı çözüm şekil 7.14)

Şekil 9.14. Topraklama transformatörünün primer yıldızı doğrudan topraklı

sekonder üçgen sargıları arasına direnç bağlanarak gerçekleştirilen suni nötr

topraklaması

Yıldız-üçgen topraklama transformatörünün primer nötrünün direnç

üzerinden topraklanarak ve üçgen sargısı kapatılarak yapılan uygulama

şeklidir (YG izolasyonu şekil 7.15)



Şekil 7.15. Primer sargı nötr noktasının direnç üzerinden bağlanarak

gerçekleştirilen suni nötr topraklaması

Koruma fonksiyonları

Düşük değerdeki Ik1 hata akımının algılanması için faz aşırı akım

fonksiyonundan başka koruma fonsiyonu gereklidir. (şekil 7.16)

Şekil 9.16. Toprak hata koruma çözümleri

Böylece toprak-hata koruma fonksiyonları hata akımlarını algılar .

Şekil’deki gibi:

1- koruma fonksiyonu doğrudan nötr topraklama bağlantısı üzerine

yerleştirilir (1).



2- veya 3 akımın vektör toplamı tarafından ölçülür, bunlar:

2.1- koruma ünitelerini besleyen 3 adet akım sensörüdür (2),

2.2- daha yüksek doğrulukta çalıştığı için tercih edilen toroidal akım

tranformatörüdür (3).

Açtırma eşik değeri aşağıda açıklanan iki kurala uygun olarak ve RN

empedansına bağlı olarak sıfır bileşen empedansı göz önüne alınarak

hesaplanan Ik1 toprak hata akımına göre ayarlanır. Burada:

Ayar değeri > koruma ünitesinden aşağı güç sisteminin kapasitif

akımının 1,3 katı,

Maksimum toprak hata akımının %10-20 arasında değere

ayarlanır.

İlave olarak, eğer algılama için 3-akım transformatörü kullanılırsa, akım

teknolojisi bakış açısından, ayar değerleri aşağıdaki beklenmeyen bağlantı

hesaba katılarak akım transformatör değerinin %5-30 değeri arasında

gerçekleştirilir.

Bu beklenmeyen durumlar:

Transiyent akım asimetrisi,

Akım transformatörü satürasyonu,

Performansın dağılması.

Uygulamalar

Genel ve OG dağıtım sistemlerinde uygulanır .



9.2.2.6. Düşük reaktans üzerinden nötrün topraklanması

Blok diyagram

Nötr noktası bir endüksiyon bobini üzerinden toprağa bağlanmıştır. 40

kV’un üzerinde güç sistem gerilimleri için, endüksiyon bobininin kullanımı

hata halinde ısı emisyonundan dolayı ortaya çıkan zorluklardan dolayı

dirence tercih edilirler. (Şekil 7.17) .

Şekil 9.17. Düşük değerde reaktans üzerinden nötrün topraklanmasında akım

dağılımı

İşletme tekniği

Güç sisteminin bu tipinde, endüktif empedans Ik1 toprak hata akımını

sınırlandırır ve aşırı gerilimlerin azaltılmasını sağlar. Ancak koruma

üniteleri ilk hata ortaya çıktığında hatalı bölümü/bölümleri mutlaka

açtırmalıdır.

Açma /kapama darbelerini ve alğılamanın basitliğini sağlamak için ILN

akımı Güç sisteminin IC toplam kapasitif akımından çok daha fazla olması



gerekir. Dağıtım sisteminde darbe şeklindeki aşırı gerilimleri önlemek ve

hata algılamasında basitliği sağlamak için 300-1000 A gibi yüksek akım

değerleri kullanılır.

Avantajları

Bu sistem, hata akımlarının büyüklüklerini sınırlandırır.

Güç sisteminde sınırlanan akım toplam kapasitif akımdan daha

fazla ise seçici koruma kolayca sağlanır.

Reaktans bobini düşük direnç değerine sahip olduğundan yüksek

deüğerde termal enerji yayılımı olmadığı için reaktans bobinin

boyutları küçük olur

Yüksek gerilim sistemlerinde, direnç üzerinden topraklamaya göre

daha düşük maliyette olur.

Sakıncaları

Hatalı fiderin sürekli olarak serviste kalma durumu ortadan kalkar.

Toprak hatası meydana geldiğinde mümkün olduğu kadar çabuk

hatalı bölümün/bölümlerin devre dışı edilmesi şarttır.

Hatalı bölümün açılması sırasında güç sisteminin kapasitansı ve

reaktans bobini arasında meydana gelen rezonanstan dolayı çok

yüksek değerde transiyen aşırı gerilimler meydana gelir.

Nötrün topraklanması

Eğer nötr noktasına girilebiliniyorsa yani sargılar yıldız

bağlanmışsa, topraklama reaktansı doğrudan nötr noktası ile

toprak arasına bağlanabilir.



Sistem sargıları üçgen bağlı ise bağlantı yapılabilecek suni nötr

noktası oluşturabilmek için ana çıkış baralarına sargıları zigzag

bağlı topraklama transformatörü yerleştirilir (şekil 7.18).

Şekill 9.18. Reaktans bobinini bağlamak üzere sargıları zigzag olan topraklama

transformatörü üzerinden suni nötr noktasının kurulması

Sargının iki bölümü arasındaki empedans öncelikle endüktif olup düşük

değerdedir. 100A değerininde sınırlandırma yapar. Sınırlandırıcı direnç

reaktans bobini ile toprak arasındaki hata akımının büyüklüğünü azaltmak

için ilave olarak bağlanabilir.(YG tesisleri ).

Uygulamalar

Genel dağıtım ve OG endüstriyel dağıtım şebekelerinde (birkaç yüz Amper

değerinde akımlar) uygulanır.



9.2.2.7. Kompanzasyon reaktansı üzerinden nötr noktasının

topraklanması

Blok diyagram

Güç sisteminin toplam faz-toprak kapasitansını söndürecek ve hata

meydana geldiğinde toprak hata akımını sıfıra yakın tutacak değerde

reaktans bobini seçilir. (şekil 7.19)

Şekil 9.19. Nötrü kompanzasyon reaktansı üzerinden topraklı güç sisteminde

oluşan toprak hata akımları

İşletme tekniği

Bu sistem güç sistemindeki kapasitif akımı kompanze etmek için kullanılır.

Hata akımı aşağıda açıklanan devre akımların toplamıdır. Bunlar:

Reaktans topraklama devresi,

Hatasız fazların toprağa göre kapasitansları .



Akımlar

Onlardan birisi endüktif (topraklama devresinde )

Diğeri kapasitifse (hatasız fazların kapasitansından dolayı diğeri

kapasitifse) birbirini kompanze ederler .

Bunlar karşı fazda toplanırlar .

Pratikte bobinin zayıf direncinden dolayı , düşük omik karakterli akım

vardır. (şekil 7.20).

Şekil 9.20. Toprak hatası sırasında akımların vektör diyagramı

Avantajları

Faz toprak kapasitansı yüksek olsa dahi, sistem hata akımını

azaltır. Kalıcı olmayan toprak hatalarının kendiliğinden sönmesi

avantajlardan biridir.

Hata yerinde dokunma gerilimi sınırlandırılır.

Kalıcı hata durumunda tesis serviste kalır.

Birinci hata bobin üzerinden akan akım algılanarak belirlenir.



Sakıncaları

Kompanzasyonun adaptasyonunu sağlamak için reaktans bobinde

yapılacak değişiklik gereklilikleri reaktans topraklama

maliyetlerini arttırır.

İnsan ve ekipman için hata süresi boyunca oluşacak rezidüel

gerilimin tehlikeli olup olmadığının mutlaka kontrol edilmesi

gerekir.

Güç sistemi üzerinde transiyent aşırı gerilim riskleri vardır.

Birinci hata meydana geldiğinde sistem sürekli gözlenmelidir.

Birinci hata ortaya çıktığında hatalı bölümü tespit edip seçici

koruma yapmak çok zordur.

Koruma fonksiyonu

Hata algılamasında rezidüel akımın aktif bileşeni esas alınır. Hata güç

sistemi boyunca rezidüel akımlar meydana getirir, fakat hatalı devre

üzerinden sadece omik karakterli rezidüel akım akar.

İlave olarak, koruma üniteleri kendi kendine sürekli yanıp sönen ark

durumunu izlemelidirler.

Topraklama reaktansı ve sistem kapasitansı söndürüldüğünde

(3 LN • C • w2 = 1)

Hata akımı en az değerde olacak

Hata akımı omik karakterli olacak

Hata kendiliğinden sönecektir.



Kompanzasyon reaktansı söndürme bobini veya Petersen bobini olarak

adlandırılır.

Uygulamalar

Yüksek kapasitif akımlı OG dağıtım ve genel dağıtım şebekelerinde

uygulanır.

9.2.2.8. Nötrü doğrudan topraklı sistemler

Blok diyagram

Nötr iletkeni sıfır empedans üzerinden toprağa bağlanmıştır.

İşletme tekniği

Şekil 9.21. Nötrü doğrudan topraklı sistemlerde toprak-hata akımları

Nötr noktası herhangi bir empedans olmaksızın toprağa bağlanmışsa, Ik1

faz-toprak hata akımı pratik olarak faz-toprak kısa devre akımına eşit olur.

Ve bundan dolayı çok yüksek değerdedir. (şekil 7.21). İlk hata ortaya

çıktığında hemen hızlı bir şekilde hatalı bölüm/bölümler devre dışı edilir.



Avantajları

Bu sistem toprak hatası aşırı gerilimlerini önlemek için ideal bir

sistemdir.

Ekipmanların izolasyon seviyesi faz-nötr gerilimine göre belirlenir.

Özel koruma ünitelerine vetertiplerine ihtiyaç yoktur. Toprak

hatasının giderilmesi için normal faz aşırı akım koruma üniteleri

kullanılır.

Sakıncaları

Bu sistem yüksek hata akımlarının yol açtığı maksimum hasar ve

bozunmaların ortaya çıkardığu sakıncaları haizdir.

Hatalı fider hemen devre dışı edilir. Hatalı işletme bölümü için

servis sürekliliği söz konusu değildir.

Meydana gelen dokunma gerilimleri çok yüksek olduğundan hata

sırasında personel için hayat tehlikesi çok yüksektir.



9.3. Koruma Sistemlerinin Koordinasyonu

Elektrik güç üretim taşıma ve dağıtım sistemlerinde besleme noktası ile

hatanın oluştuğu nokta arasında iki veya daha fazla koruma cihazının bağlı

olduğu durumlarda hata yerine en yakın koruma cihazının çalışarak

sadece hatalı bölümü devre dışı etmesi gerekir. Hatalı noktanın üst, yani

besleme tarafındaki koruma cihazlarının, hatalı bölümü kesmesi gereken

koruma cihazının herhangi bir nedenle açma yapmadığı durumlarda,

destek korumasını sağlayacak şekilde dizayn edilmelidir. Bu koruma tarzı

seçici koruma olarak adlandırılır. Sistemdeki gerekli koruma şartlarını

sağlamak için koruma cihazları seçicilik gerekliliklerini göz önüne alınarak

minimum kısa devre akım değerlerine ve minimum sürede açtırma

yapacak şekilde dizayn edilirler.

Koruma hassasiyeti ile seçicilik çoğu zaman birbirine ters düşer. Projecinin

sorumluluğu optimum koordinasyon ve koruma hassasiyeti için dizayn

yapmaktır.

9.3.1. Koordinasyon İşlemleri

Koordinasyon işlemleri yükten güç beslemesine kadar seri bağlı tüm

koruma cihazlarının seçimini ve ayarlarını kapsar. Seçimde ve ayarda

sistemde kullanılacak cihazların aşırı akımın çesitli seviyelerinde cevap

sürelerini karşılaştırmaktır. Burada dikkat edilecek en önemli özellik,

koruma sisteminin güvenirliliği açısından bir koruma sisteminde

kullanılacak cihazların aynı imalatçı firmasından hatta aynı imalat tipinde

olması gerekir.Yeni veya koruma sistemi değiştirilecek mevcut

sistemlerinin koordinasyon işlemlerinde olabilecek kısa devre akımlarının

maksimum ve minimum değerlerinin bilinmesi gerekmektedir.



Koruma işleminde öncelikli işlemlerin başında kullanılacak koruma

cihazlarına ait açtırma eğrilerinin aynı logaritmik kağıda çizilerek

koordinasyonun hazırlanmasıdır.

a.) Akım-Zaman karakteristik eğrileri: Logaritmik koordinat

sisteminde zaman düşey eksene yani ordinat eksenine, akım ise

yatay eksene yani absis eksenine işlenir. Karakteristik eğrinin alt

ve sol tarafına düşen akım değerlerinde koruma sistemi çalışmaz,

karakteristik eğrinin sağ veya üst tarafına düşen akım

değerlerinde koruma sistemi çalışır.

b.) Koordinasyon sistemi için gerekli olan aşağıda belirtilen veriler,

koordinasyon işlemi için mutlaka sağlanmalıdır

Koordinasyonu yapılacak sistemin tek hat diyagramı

Sistemdeki gerilim seviyesi

Giriş güç verileri

a.) Şebeke ve besleme sistemine ait empedans ve

kısa devre güç değerleri(MVA)

b.) X/R oranı

c.) Mevcut sisteme ait rölelerin cinsleri ve ayar

değerleri

d.) Jeneratör güçleri ve empedans değerleri

e.) Transformatör güçleri ve empedans değerleri



9.3.2. Koruma Koordinasyonu için Gerekli Veriler

1. Transformatörün değerleri (gerilimler ve güç değerleri) ve

empedansları,

2. Sistemin bağlanacağı şebekenin kısa devre güçleri ve gerilim

değerleri,

3. Motor değerleri ve empedansları,

4. Koruma cihazlarının açtırma ve kesme değerleri,

5. Koruma cihazlarına ait akım-zaman karakteristik eğrileri

6. Akım tranformatörlerinin çevirme oranları, uyarma karakteristik

eğrileri, sargı dirençleri ve kayıp değerleri,

7. Döner makinalar ve kabloların tI .2 eğrileri,

8. İletken kesit ve uzunlukları,

9. Kısa devre ve yük akımı değerleri,

İlk periyottaki yani subtransiyen maksimum ve minimum

kısa devre akım değerleri

5 periyod ve yukarısı geçen süre için maksimum ve

minimum (transiyen) kısa devre akım değerleri

Ana baralarda oluşabilecek arklı veya metalik toprak hata

akımlarının maksimum ve minimum değerleri

Maksimum yük akımları

Motorların yol alma akımları ve yol alma süreleri



Transformatör koruma noktaları

9.3.3. Koruma Koordinasyon Prosedürü

1. Uygun bir gerilim, baz gerilimi seçilmek suretiyle, koruma akım

zaman eğrisindeki akımlarla baz gerilimdeki değerlerine çevrilir.

Normal olarak sistemdeki en düşük gerilim seviyesi baz gerilim

olarak seçilir. Fakat bu uygulama bir kural değil kolaylıktır.

2. Kısa devre akımları logaritmik kağıdın yatay eksenine işaretlenir.

3. En büyük yük akımları (motorların yol alma esnasında sistemden

çekilen toplam akımlar) işaretlenir.

4. Koruma noktaları işaretlenir, bunlara büyük transformatörlerın

yol ama akımları dahildir.

5. Koruma rölelerinin çekme aralıkları işaretlenir.

9.3.4. Koordinasyon Zaman Aralıkları

Koruma sistemlerinin karakteristikleri logaritmik kağıda çizilirken koruma

cihazlarına ait akım-zaman karakteristikleri arasında yeterli seviyede

zaman aralıkları bulunmalı ve söz konusu karakteristik eğriler birbirlerine

teğet olmamalı veya kesişmemelidir.

1.) Koordinasyon alçak gerilim sistemlerinde çalışma hızı yüksek olan

akım sınırlandırıcı sigortalarla kolayca yapılabilir. İmalatçı

tarafından verilen akım-zaman eğrileri ve seçicilik oranlarını veren

karakteristik eğrileri her hangi bir zaman hesabı yapmaya gerek

kalmadan hem aşırı yük hem de kısa devre şartları altında

koordinasyon için kullanılırlar.



2.) Ters akım-zaman karakteristikli aşırı akım röleleri ile koordinasyon

yapıldığında bunların zaman aralığının yaklaşık olarak 0,3 -0,4

saniye olması gerekir. Zaman aralığı aşağıda verilen bileşenleri

kapsar

Kesicinin açılma süresi (5 periyod) 0,08 saniye

Rölenin hareket süresi 0,10 saniye

Akım transformatörün doymasına ve ayar atalarından

dolayı emniyet faktörü 0,22 saniye

3.) Zaman aralığı bileşenlerinden emniyet faktörü sahada gerekli

ayar, kalibrasyon ve testler yapılarak azaltılabilir.

4.) Elektronik röle kullanıldığında zaman bileşenlerinden röle hareket

süresi ortadan kalkar ve bu süreden ibaret olan gecikme kadar

çalışma süresi azalır. Söz konusu rölleler de zaman aralığı

dikkatli bir kalibrasyon yapıldığında 0,25 saniyeye kadar düşer.

9.3.5. Koruma Sistemlerinde Seçicilik

Zaman Karakteristikli Seçicilik

Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi güç sistemi boyunca aşırı akım koruma

ünitelerinin açma sürelerini, gereken şekilde farklı değerlere ayarlama

esasına dayanır.



Şekil 9.22. Zaman karakteristikli seçicilik

İşletme Tarzı

Şekilde görülen hata A-B-C-D aşırı akım koruma üniteleri tarafından aynı

anda algılanır.Ancak koruma ünitelerinin harekete geçme süreleri

sistemde aşağıdan yukarıya doğru geçiktirilerek ayarlandığından en önce

D ünitesi harekete geçer ve A-B-C üniteleri stand-by pozisyonuna geri

döner. Her iki ünitenin arasında işleme süresi arasındaki farklılık seçicilik

aralığı olarak tanımlanır ve mdTtrTcT mtrTcT .2 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 msaniyeT 300300T alınır.

Zaman karakteristikli seçici sistemin avantajları

Koruma sistemi kendi kendini yedekler. Koruma sistemi arızadan

dolayı aktif hale geçemeyip açtırma yapamazsa TT süre sonra C

ünitesi aktif hale geçerek arızalı bölümü devreden çıkartır.

Sakıncaları

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 rölesinin zaman

mekanizması aktif hale geçer . İki tip zaman karakteristikli röle vardır.

Şekil 9.23. Sabit zaman ve ters zaman karakteristikli seçicilik eğrileri



1. Sabit zamanlı röleler.

Uygulama şartları ISA>ISB>ISC ve TA>TB>TC dir. 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 korumasıda sağlar.

Uygulama şartları

InA>InB>InC ve IsA=InA=InC

Zaman gecikmeleri alt taraftaki koruma rölesinde görülen maksimum

akım için TT seçici zaman aralığı göz önüne alınarak yapılacaktır.

Eğrilerin çakışmaması için aynı tip zaman eğrileri kullanılacaktır.

9.3.5.1. Akım Karakteristikli Seçicilik

Şekil 9.24 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 tasima

hatları gibi.) bulunması durumunda uygulanır.

İşletme tarzı

Akım koruma üniteleri her bir bölümün başlangıcına yerleştirilir, Açtırma

akım eşik değeri izlenen bölümün yani üst bölümün minimum kısa devre

akımından büyük değere alt bölümde meydana gelen maksimum kısa

devre akımından büyük değere ayarlanır.

Avantajları

Ayarlanan açtırma akım eşik değerlerinde her bir koruma cihazı,

kendi koruduğu bölümde hata maydana geldiğinde aktif hale

geçer. Koruduğu bölümün dışında meydana gelen hatalara karşı

duyarlı değildir.

Transformatör tarafından ayrılmış hatların bölümleri için bu

sistemi kullanmak basitliği yanında, hızlı açmayı sağladığı gibi

maliyetlerin de düşük olmasını sağlar

Sakıncaları

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 minmax .8,0.25.1 SCASAScB III 0I

şartının sağlanması iki ünite arasında seçici ayırmayı gerçekleştirebilir.

Şekil 9.25 Akım karakteristikli seçicilik eğrileri

9.3.5.2. Lojik Seçicilik

Bu sistem zaman ve akım karakteristikli seçici sistemin sakıncalarını

ortadan kaldırmak için geliştirilmiştir. Bu metot hata giderilme süresi ne

kadar olacağı belirlendikten sonra kulanılır.

Şekil 9.26 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 9.27. 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 kesiciye açtırma yaptırır.

A ve B arasında hata meydana geldiğinde A kesicisi TA süresi

sonunda açtırma yapar.

Avantajları

Açtırma süreleri seçicilik zinciri içinde hatanın yeri ile ilgili değildir. Bunun

anlamı şudur ; seçiciliğin sağlanması kısa süre gecikmeli üst taraftaki

koruma ünitesi ile uzun süre gecikmeli alt taraftaki koruma ünitesi

arasında gerçekleştirebilir. Sistem destek yani artçı koruma yapar.

Sakıncaları

Koruma ünitelerinin farklı seviyeleri arasında lojik sinyallerin gönderilmesi

gerektiğinden ilave bağlantı hatları tesis edilmelidir, 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.



9.3.5.3. Yönlü Koruma Seçiciliği

Gözlü güç sistemlerinde, her iki taraftan beslenen hatalarda 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.

Şekil 9.28 İşletme tarzı

Şekilde görüldüğü gibi akım yönüne göre rölenin hareketleri farklıdır.

Koruma ünitesi’nin çalışma sistemi aşağıda ki şekilde gösterilmektedir

Şekil 9.29 Akım yönüne göre rölenin hareketleri



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

9.3.5.4 Diferansiyel Koruma Seçiciliği

Bu koruma üniteleri aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi güç sisteminin her iki

ucundaki giriş ve çıkış akımlarının karşılaştırılma esasına dayanır.

Şekil 9.29. Diferensiyal koruma seçiciliği

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 açmama yapmaması ve şebeke davranışından

etkilenmemesi için her iki uçtaki akım transformatörlerı özel

boyutlandırılır.



Diferansiyel koruma sisteminde ani açma 00BA II olduğunda

meydana gelir.

Aşağıda belirtilen nedenlerden dolayı diferansiyel koruma sistemi hata

olmadığı halde yanlış açma yapar.

Transformatörün mıknatıslama akımı: Özellikle transformatörü

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 transformatörlerinin farklı satürasyona uğraması sonucu

ortaya çıkan durumdur.

Diferansiyel koruma sistemlerinde yukardaki sayılar nedeniyle hatalı

açmayı önlemek ve stabil çalışmayı sağlamak için iki metot uygulanır:

Yüksek empedanslı diferansiyel koruma ünitesi kullanmak.

Aşağıda şekilde görüldüğü gibi diferansiyel röle seri olarak SR

stabilizasyon direncine bağlanır

Şekil 9.30 Yüksek empedanslı koruma



% oransal diferansiyel koruma sistemi. AI ve BI akımları

arasındaki fark oransal olarak belirlenir ve stabilite akım değerine

bağlı bir blokajla sağlanır.

Şekil 9.31. Oransal diferensiyal koruma

Avantajları

Hata akımı koruma hassasiyeti, korunan akımın nominal

değerinden küçüktür. Rölenin açtırma akım eşik değeri korunan

ekipmanın nominal akımının değerinden düşük değere ayarlanır.

Koruma ani açma yapılarak gerçekleştirilebilir.

Sakıncaları

Tesis edilme maliyeti yüksektir.

Aşırı akım koruması tarafından desteklenmelidir.

Uygulama

Yüksek güç değerlerine sahip önemli motorlar, jeneratörlar,

transformatörler, baralar, kablolar ve hatlar için kullanılırlar.



9.3.5.4. Kombine Seçici Sistemler

Şekilde görüldüğü gibi

Şekil 9.32

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.

9.3.6. Toprak Hatasının İzlenmesi ve Koruma

Sistemin toplam işletme kapasitesi değeri düşük olan toprak hata

akımının 10 A geçmediği nötrü yalıtılmış küçük tesislerde toprak hatası

Şekil 9.33’de görülen sistem yardımıyla izlenir. Tehlikeli gerilimlerin

meydana gelmediği sistemde hatalı bölüm işletmeye devam eder. Uygun

bır zamanda hatalı kısım tespit edilerek arıza giderilir.



Şekil 9.33: Toprak hatasının izlenmesi

İzleme, gerilim transformatörünün açık üçgen sargısına yerleştirilen sıfır

gerilim bileşen rölesi yardımıyla görüntülü ve/veya 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 değerini haiz büyük

sistemlerde arızanın kısa sürede hangi fiderde olduğunun tespiti 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, bu çok gereklidir.

Hatalı çıkışın tespiti Watmetrik röleler vasıtasıyla yapılır. Nötrü izole

sistemlerde kapasitif akımlar devrelerini sağlam çıkışların devrelerinden

tamamladığı için watmetrik rölelerin yönlü olması gerekir. Bunun için Şekil

9.34’de gösterilen bağlantı kullanılır.

Şekil 9.34: Nötrü izole sistemlerde Yönlü Watmetrik rölelerin kullanılışı



1. Dağıtım transformatörü,

2. 2. Sekonderi açık üçgen sargılı gerilim transformatörü

3. Bara tipi akım transformatörü,

4. Toroidal akım transformatörü,

5. Kablo,

6. Yönlü watmetrik röle,

7. Toprak hatası ihbar lambası,

8. Kesici,

9. Kesici açma bobini

Fiderde meydana gelen hata sonucunda yüksek salınımların meydana

gelmesi söz konusu ise ihbarla birlikte hatalı çıkışın kesicisi watmetrik

rölenin kumandası vasıtasıyla açtırılır. Bunun için her çıkış Şekil 9.34 de

görüldüğü gibi yönlü watmetrik röle ile donatılmalıdır. Watmetrik rölenin

akım bağlantısı Şekil 9.34’de görüldüğü şekilde bara tipi akım

transformatörleri vasıtasıyla yapılacağı gibi Şekil 9.35’de görüldüğü gibi

kablo üzerine yerleştirilen toroidal akım transformatörü üzerindende

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

tespit edilir ve hatalı bölümün işletilmesine izin verilir ve uygun bir

zamanda hata giderilir.



Bu gibi sistemlerde ekonomik sebeplerle her çıkışa bir adet yönlü

watmetrik röle yerleştirmeye gerek yoktur. Bütün bir sistem için bir adet

yönlü watmetrik röle kullanılır ve bunun için Şekil 9.35’de görülen

uygulama yapılır.

Şekil 9.35: Bir adet Yönlü watmetrik röle yardımıyla hata izlenmesi

Şekil 9.35’de gösterilen tertipte Yönlü Watmetrik 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 watmetrik rölenin 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 fiderin ışıklı ikazı hangi fidere ait

anahtar 2 pozisyonuna alındığında ihbar verirse, söz konusu fiderde faz-

toprak hatası meydana gelmiştir.



9.4. Şebeke Koruması

9.4.1 Koruma Sistemi Gereklilikleri

Genel olarak koruma sistemi gereklilikleri

Koruma sistemi yüksek derecede bağımsız olmalıdır.Bunun anlamı

hatalı devrenin açılmasında sistemin çalışmama riski çok az

olmalıdır. Bu nedenle çalışmama riskini ortadan kaldırmak için

destek veya yedek koruma mutlaka göz önüne alınmalıdır.

Koruma sistemi yüksek derecede güvenilir olmalıdır. Bunun

anlamı ise röle istenmeyen gereksiz açmaları yapmamalıdır.

Hata açma süresi ekipman hasarlarını sınırlandırmak ve personelin

yaralanma riskini minimuma indirmek için minimum olmalıdır.

Koruma sistemi yüksek dirençli hataları dahi algılayabilecek ve

koruma açtırması yapabilecek seviyede hassas olmalıdır.

Hatada açması seçici olmalı ve sadece hatalı bölümü devreden

çıkarmalı ve sağlam bölümler işletmeye devam etmelidir.

Aşırı Akım Koruması

2 veya 3-faz aşırı-akım zaman röleleri yüksek empedans üzerinden

topraklanan şebekelerde transformatörlerin, kablo hatlarının ve enerji

nakil katlarının faz arası kısa devre akımlarına karşı korumak için

kullanılırlar. 3-fazlı aşırı akım röleleri nötrü doğrudan topraklı radyal

şebekelerde faz-faz kısa devre akımlarının yanında faz-toprak kısa devre

akımlarına karşı transformatör, kablo hatları ve enerji nakil hatlarını

korumak için kullanılır.



Orta Gerilim Şebekelerinde Hatların Kısa devreye Karşı Korunması

Orta gerilim sistemlerinde hat korumasının seçimi için basitleştirilmiş

kurallar vermek zordur.

Hatların kısa devreye karsı korunması için uygulanan koruma sistemleri

Faz aşırı akım koruması

Ani açtırmalı koruma

Sabit zaman açtırmalı koruma

Akıma bağlı açma gecikmeli koruma (ters akım-zaman

karakteristikli koruma)

Ani açtırmalı,sabit zamanlı ve ters zamanlı korumaların herhangi

bir kombinasyonu

Yönlü /yönsüz koruma

Fark akım koruması

Fazları ayırarak

Faz ayırmasız (yardımcı toplam akım transformatörü ile)

Mesafe koruması

Faz faz kapalı devresinin ölçümü

Faz-toprak kapalı devresinin ölçümü



9.4.2. Zaman Karakteristikleri

Seçici hata açmasını gerçekleştirebilmek için farklı koruma sistemleri ve

kademeler değişik zaman geçıkmelerine sahip olmalıdır. Bir çok farklı

zaman geçikmeleri vardır. Genel kural olarak; eğer gerekli değilse aynı

sistem içinde değişik zaman karakteristikleri kullanılmamalıdır.

9.4.2.1 Sabit zaman karakteristiği

İşleme süresi, hata akımının büyüklügüne bağlı olmayıp, işletme akım eşik

değerini aşan büyüklüğü ne olursa olsun her hata akımında ayarlanan

sürede çalışır. Seri bağlı röleler arasındaki zaman koordinasyonu ters

zamanlı rölelerden daha kolaydır. Ancak bir kaç koruma rölesinin seri

bağlandığı durumlarda koordinasyonda gecikme süreleri gereksiz olarak

uzayabilir. Sabit zamanlı röleler kullanıldığında kısa devre gücü çok fazla

değişmemelidir. Zira Hat akımı, kısa devre gücünün azaldığı durumlarda

meydana gelebilecek hata akımının röle açtırma akım eşik değerinin

altında değere sahip olma riski vardır. Böyle durumlarda rölenin

çalışmama riski ortaya çıkar.

9.4.2.2. Ters Akım-Zaman Karakteristiği

Burada çalışma zamanı hata akımının buyüklüğüne bağlıdır. Röleler

arasındaki koordinasyonu için tres akım-zaman karakteristiği yararlıdır.

IEC standartlarında normal ters, çok ters ve çok fazla ters olmak üzere 3/4

tip ters akım-zaman karakteristiği belirlenmiştir. IEC 60255’e uygun olarak

akım ve zaman arasındaki bağlantılar aşağıda verilen ifade yardımıyla

belirlenir.



1

.

1IIkt

Bu ifadede:

t çalışma süresi (saniye)

k ayarlanabilir ters zaman faktörü

I ölçülen akım

I> Rölenin ayarlanan aşırı akım eşik değeri

cebrik fonksiyonu karakterize eden indeks

röleyi karakterize eden sabite

Özellikle ve kesin değer olarak imalatçı firma tarafından alınmakla

beraber aşağıda verilen değerlere göre de işlem yapılabilir.

Karakteristik

Normal ters 0,02 0,14

Fazla ters 1,0 13,5

Çok fazla ters 2,0 80

Uzun gecikmeli ters 1,0 120



9.4.2.3 Karakteristiklerin uygulama özellikleri ve uygulama yerleri

Normal ters akım-zaman karakteristikleri

Farklı kısa devre yerlerinde kısa devre hata akımlarının değerlerinin

değişimi fazla ise, normal ters akım-zaman karakteristikleri bu tip

sistemlerde uygun olmaktadır.

Fazla ters akım-zaman karakteristikleri

Bu karakteristik tipinde işleme süresi doğrudan hata akımının

büyüklüğüne bağlıdır. Fazla ters akım zaman karakteristik eğrileri, normal

ters akım-zaman karakteristik eğrilerinden daha diktir ve özellikle gözlü

sistemlerde giriş ve çkış göz bağlantıları arasındaki hata akımlarının küçük

farklılıklarında başarılı bir seçicilik sağlar.

Çok fazla ters akım-zaman karakteristikleri

İşleme zamanı hata akımının büyüklüğüne bağlıdır. Bu karakteristik

dağıtım veya endüstriyel şebekelerde sigortalı koordinasyonları

gerçekleştirmek için kullanılır. Devreye alma geçici akımlarının problem

olduğu yerlerde aşırı yüklenme kapasite kullanımının yüksek olmasını

gerektirdiği durumlarda sigorta kullanılır.

Uzun gecikmeli ters akım-zaman karakteristikleri

Bu karakteristik fazla ters akım karakteristiklerinideki aynı akıma

sahiptir.Ancak açma süreleri daha uzun olup daha uzun geçikme istenen

yerlerde kullanılır.



9.4.3. Seçicilik

Radyal şebekelerdeki seçiciliğin başarılı bir şekilde sağlanması için

Şebekedeki seri bağlı kesicilerin seçici açtırmalarını sağlamak için,

gecikme sürelerini besleme noktasına doğru her kademede

arttırmak şarttır. Bunun anlamı besleme noktasına yakın

yerleştirilen aşırı akım rölelerinin açtırma süreleri daha uzun

olacak ve buna karşılık bu noktalarda meydana gelen hata

akımlarının büyüklüğü daha fazla olacaktır.

Bundan dolayı farklı seçici kademelerindeki zaman aralıkları

aşağıda verilen faktörlere bağlı olarak mümkün olduğu kadar kısa

olmalıdır.

Rölelerin çekme sürelerindeki farklılıklar, kesici açma süresi ve

röle resetleme süresi, 0,3 sn ve

Sabit akım-zaman karakteristikleri kullanılacaksa aynı tip röleler

kullanıldığında zaman aralıklarının 0,3 saniye olması genellikle

tavsiye edilir.



Şekil 9.36:



Aşırı akım korumalı radyal şebekede hata yerine bağlı olarak hata süresi

Radyal şebekelerde farklı korumalar arasında seçiciliği sağlamak için

aralarında minimum zaman farkı olması gerekir.

Radyal Şebekelerde faz aşırı akım korumasının ayarlanması

Akım değerlerinin ayarlanması

Ters aşırı akım-zaman rölelerinin çekme akımı veya sabit aşırı akım-zaman

rölelerinin en düşük akım kademesinin röleyi faaliyete geçirmeyecek en

yüksek muhtemel yüküne tekabül eden akım değerine ayarlanması şarttır.

Burada dikkat edilmesi gereken önemli özellik, rölenin çalışmasına neden

olmayacak aşırı akımın kısa süreli tepe değeri olarak tanımlanan röle reset

akımının göz önüne alınması gerekir.

En düşük ayar değeri:

kI

I PUmax.2,11 ifadesi ile belirlenir

Bu ifade de

1,2 emniyet faktörü

k rölenin resetleme faktörü

Imax maksimum yük akımı

Hat üzerindeki maksimum yük akımı tahmin edilebilir.

Minimum kısa devre akımı ISCmin olmak üzere akım çekme eşik değeri:

min.7,0 SCPU II 0



Özet olarak zaman aralığı içinde rölenin çekme akım eşik değeri,

.7,0.2,1 max 0PUIk

I ifadesi yardımıyla elde edilen değerlere uygun

olmalıdır.

Nötrü Doğrudan Topraklı Orta Gerilim Radyal Şebekelerde 3-fazlı

Hatların Korunması

Bir çok durumlarda yönsüz aşırı akım rölelerinin kullanılması

yeterlidir.Burada aşırı akım koruması 3-faz için yapılır ve uygulanır. Eğer

paralel rezidüel aşırı akım koruması varsa; Faz aşırı akım koruması, 3’lü

fazın iki fazı olçülerek yapılabilir. Akım-zaman karakteristiği şebekede

ortak uygulamaya uygun olarak seçilir. Normal olarak şebekede fazların

hepsi için aynı akım-zaman karakteristiği kullanılır. Eğer şebeke, sadece

şebekenin besleme tarafında nötrü doğrudan topraklanmışsa aşırı akım

rölesi faz-toprak hatası koruması olarak ta çalışır. Ancak yüksek dirençli

toprak hatalarında bu koruma düzeyinde, yeterli algılama ve açtırma

hassasiyetine ulaşmak çok zordur. Bu durumlarda akım ayar değeri toprak

hata akımı hesabı yapılarak, korunan hattın yük akım değerinden aşağıda

tutulur.

Nötrü Doğrudan Topraklı Orta Gerilim Gözlü Şebekelerde 3-fazlı Hatların

Korunması

Gözlü şebekelerde aşırı akım röleleri, kısa devreye karşı kullanılabilir.

Ancak gözlü şebekelerin kısa devreye karşı korumasında ayarların doğru

ve güvenilebilir olarak yapılabilmesi için, şebeke kısa devre akımları

hesabının hassas ve detaylı bir şekilde yapılması şartttır. Zıra bu tip

şebekelerde yüksek kısa devre akımları meydana gelir.



Gözlü şebekelerde kısa devre koruması için en uygun seçim mesafe

koruması esasına dayanan koruma sistemi kullanmaktır. Mesafe koruması

hem faz arası gözün ve hemde faz-toprak arası gözün ölçümlerini

yapabilmektedir.

Nötr Yüksek empedans Üzerinden Topraklı Orta Gerilim Sistemleri

Kısa devre koruması için birçok durumlarda yönsüz aşırı akım röleleri

kullanmak yeterli olmaktadır. Akım-zaman karakteristikleri şebekedeki

ortak uygulamaya göre seçilir. Normal olarak şebekedeki aşırı akım

röleleri aynı karakteristiğe sahip olmalıdır. Radyal şebekelerde bazı

durumlarda paralal hatlar kullanılır. Bu durumda bazı terminallerde

aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi yönlü aşırı akım röleleri kullanmak

zorunluluğu ortaya çıkar.

Şekil 9.37: Çift devre radyal şebekelerde Aşırı akım koruması



Daha iyi bir koruma şekli ise aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi diferansiyel

korumadır.

Şekil 9.38 Çift devre radyal şebekelerde Diferansiyel koruma



9.5. Güç Sistemleri Koruması

9.5.1. Tek Beslemeli Güç Sistemleri

9.5.1.1 Fazlar arası hata durumu

Şekil 9.39. Tek beslemeli güç sisteminde fazlar arası hata

Giriş ve fiderlerler ANSI51 kodu ile belirlenen faz aşırı akım koruma

üniteleri ile donatılırlar. A giriş koruma ünitesi ile D fider koruma ünitesi

arasında zamana bağlı seçicilik uygulanır. D deki koruma ünitesi fider (1)

üzerindeki hatayı algılar ve D kesicisine açtırma kumandası verir ve TD

süresi içinde kesiciyi açar. Busbar üzerinde A’daki koruma ünitesi (2)

hatayı algılar ve TA sürelik gecikme ile A kesicisine açtırma komutu iletir.

Eğer D kesicisinde herhangi bir hatadan dolayı açtırma gerçekleşemezse A

kesicisi artçı koruma olarak açtırma yapar.

Çözüm : Ayar değerleri, IsA>IsD ve TA TD+ T



T : Seçicilik zaman aralığı, (genellikle 0,3 saniye=300 mili saniye

olarak alınır)

D koruma ünitesi alt taraftaki koruma ünitelerine bağlı olarak seçici

olmalıdır. Eğer A koruması için gecikme gerekliliği çok uzunsa, bu

durumda (lojik +zamana bağlı) seçicilik uygulanmalıdır.

9.5.1.2. Faz-toprak hatası

Transformatör nötrünün direnç üzerinden topraklanması durumu

Şekil 9.40. Transformatörün nötrü direnç üzerinden topraklı sistemde faz-toprak

hatası



Giriş, fiderler ve nötr topraklama bağlantıları üzerlerine ANSI 51 toprak

hata koruma üniteleri tesis edilir. Farklı koruma üniteleri arasına zamana

bağlı seçicilik uygulanır. Hata akımları farklı aralıklarda olduğundan faz

hata ünitelerinin davranışları ve gereklilikleri farklıdır.

Fider koruma üniteleri seçicilik aralıklarına göre nötr topraklama koruma

ünitesine bağlı olarak ayarlanan giriş koruma ünitesine göre ayarlanır.

Topraklama direnci ve hatasız fazların kapasitansları üzerinden hata

akımları akar. Hatasız fazlara ait sensörler bu kapasitif akımları algılar.

İstenmeyen açtırmaları önlemek için her bir fider üzerindeki koruma

üniteleri, fiderlere ait kapasitif akımlarından daha fazla değerlere

ayarlanır.

3 deki hatada: Bağlı olan koruma ünitesi tarafından D1 kesicisi

açtırılır,

4 deki hatada giriş koruma ünitesi tarafından A kesicisi açtırılır,

5 deki hatada nötr topraklama bağlantısı üzerindeki koruma

ünitesi tarafından transformatörün girişindeki H kesicisi açtırılır.

D’deki koruma ünitesi alt taraftaki koruma üniteleri ile bağlantılı olarak

seçici olmalıdır. A Koruması için gecikme ihtiyacı çok uzun ise, lojik seçicilik

kullanılmalıdır. H’deki nötr topraklama ünitesi A’daki koruma hatadan

dolayı koruma yapmazsa artçı koruma olarak enerji beslemesini keser.

A’daki giriş koruma ünitesi, D’deki koruma ünitesi herhangi bir nedenle

hatada açmayıp koruma yapmazsa A’daki koruma ünitesi artçı koruma

olarak çalışarak enerjiyi keser.



Transformatör nötrünün ana baralar üzerinden topraklanması

Şekil 9.41. Nötr noktasının busbarlar üzerinden topraklanması

ANSI 51G toprak hata koruma ünitesi, fiderler, giriş ve sıfır bileşen

jeneratörünün üzerine tesis edilir. Zamana bağlı seçicilik farklı koruma

üniteleri arasında kullanılır. Fider koruma üniteleri ve giriş koruma ünitesi

toprak empedans koruma ünitesi ile bağlantılı olarak seçisi olarak ayar

edilir. Önceki durumlarda olduğu gibi her bir fider üzerindeki koruma

ünitesi fiderlerin kapasitif akımlarından daha yüksek değere ayarlanır.



1 no’lu fiderde hata olması durumunda sadece D1 fider kesicisi açma

yapacaktır. 2 no’lu busbar üzerinde hata olması halinde sadece

topraklama bağlantısı üzerindeki koruma ünitesi toprak hatasını

algılayacak ve A kesicisi açma yapacaktır. 3 no’lu transformatör sekonder

devresi üzerinde hata meydana gelmesi durumunda, giriş koruma ünitesi

hatayı algılar ve H kesicisi açma yapar.

A kesicisi açık olduğunda transformatörün nötrü topraksız yani izoledir.

Bu nedenle transformatörün ANSI 59N nötr gerilimi kayma ölçü koruma

cihazı ile korunması gerekebilir. Sıfır bileşen jeneratör koruma ünitesi

(Şekil 9.41’de görülen topraklama transformatörü nötründen topraklama

direnci arasındaki bağlantı üzerine yerleştirilen ANSI 51G bağlantısı) D

ünitelerinde açtırma hatası meydana geldiğinde artçı açtırma olarak A

kesicisini ve H kesicisini açtırır. Eğer IsD > 1.3 Ic şartı fider için

sağlanamıyorsa, yönlü hata koruma ünitesi hata akımı ve kapasitif akımlar

arasında seçiciliği sağlamak için kullanılır

Reaktans üzerinden nötrün topraklanması

Nötrün transformatör veya busbarlar üzerinden direnç üzerinden

topraklanmasında kullanılan prosedürler kullanılır.

Nötrü izole sistemler.

Şekil 9.42 Nötrü izole sistemlerde faz-toprak koruması



Hata durumunda, sağlam fazlara ait kapasitanslar üzerinden kapasitif

akımlar akar. Endüstriyel sistemlerde, bu hata akımı genellikle zayıf olup

bir kaç amper mertebesindedir. Bu durumda sistemin çalışmasına izin

verilir. Zamana bağlı seçicilik farklı koruma üniteleri arasında uygulanır.

Hata izolasyon izleme cihazı veya ANSI 59N nötr kayma koruma ünitesi

tarafından algılanır.

Güç sisteminin toplam kapasitif akımı yüksekse (bir kaç on amper

aralıklarında) hatalı bölümü hızla devreden çıkaracak ilave tedbirler

mutlaka alınmalıdır. Yönlü toprak hata koruması, hatalı fiderin seçici

olarak açılması için kullanılır.

Nötrü doğrudan topraklı sistem

Transformatörün nötrü direnç üzerinden topraklı sistemin benzeridir.

Ancak kapasitif akımlar hata akımı ile karşılaştırıldığında ihmal edilebilecek

kadar azdır; dolaysıyla koruma fonksiyonlarının benzeri burada da

uygulanır.

Nötrü kompanzasyon bobini üzerinden topraklı sistemler.

Hata aktif rezidüel akımı izleyen ve başlangıç transiyen safhasında hatayı

tanıyan özel yönlü koruma ünitesi (ANSI 67NC) tarafından belirlenir.



9.5.2. İki Besleme Girişli Sistemler.

9.5.2.1. Fazlar arası hatlar

Şekil 9.43. Fazlar arası hata koruması

Fiderler TD gecikmeli ayar üniteli faz aşırı akım koruma üniteleri ile

donatılır. A1 ve A2 girişleri fiderlere göre TA = TD + T olarak seçici

ayarlanabilen ANSI 51 faz aşırı akım koruma üniteleri ile donatılır. Aynı

zamanda giriş fiderleri TR<TA- T olarak gecikmesi ayarlanan ANSI 67

yönlü koruma üniteleri ile donatılır. T kesicinin açma süresi olup

yaklaşık 300 milisaniyedir. Giriş A koruma üniteleri ile D fider koruma

üniteleri arasında zamana bağlı seçicilik uygulanır. Güç besleme girişi H

koruma üniteleri ile giriş A koruma üniteleri arasında akıma bağlı seçicilik

uygulanır.

Burada:

1’de meydana gelen hatada , TD gecikmesi sonunda D2 açma yapar.



2’de meydana gelen hatada TA gecikmesi sonunda A1 ve A2 açarak hatayı

ortadan kaldırır. Bu esnada yönlü koruma ünitesi hatayı algılamaz.

3’de meydana gelen hatada A1 yönlü koruma ünitesi tarafından hata

algılanarak TR süresinde açma yaptırır ve hatasız bölümün işlemesine

imkan tanır. Ancak hata yeri T1 üzerinden beslenmeye devam eder. TH =

TA + T süresinde aşırı akım koruma ünitesi tarafında H1 açtırılarak hatalı

kısmın beslenmesi kesilir.

9.5.2.2 Faz-Toprak hataları

Giriş transformatörlerinin nötr noktalarının diren üzerinden topraklı iki

besleme girişi

Şekil 9.44. Transformatörün nötr noktaları direnç üzerinden topraklanmış iki

beslemeli sistemde faz-toprak hatası

ANSI 51G toprak hata üniteleri fiderler üzerine tesis edilir ve TD gecikmesi

ile kapasitif akımlardan daha yüksek değerlere ayarlanır.

ANSI 67N yönlü toprak hata koruma üniteleri A1 ve A2 girişleri üzerine

tesis edilir ve TR gecikmesine ayarlanır.



ANSI 51G toprak hata koruma ünitesi topraklama bağlantısı üzerine tesis

edilir ve TN TD + T gecikme ile fider koruma üniteleri ve giriş

ünitedeğerlerinden daha yüksek değere ayar edilir.

Farklı koruma üniteleri arasında zamana bağlı seçicilik uygulanır.

Burada

4 de hata durumunda D1 kesicisi açtırılarak hatalı bölüm ayrılır.

5 deki hata durumunda A1 ve A2 kesicileri açtırılır, H1 ve H2 kesicileri

kapalı kalır.

6 daki hatada, hata A1’deki yönlü koruma ünitesi tarafından algılanarak

TR gecikmesi sonunda A1 deki kesici açtırılır, sistemin diğer transformatör

üzerinden beslenmesi sağlanır. Ancak 6 daki hatada TN süresi kadar hata

yeri beslenir ve bu süre sonunda toprak bağlantısı üzerindeki koruma

ünitesi tarafından H1 kesicisi açtırılarak hata yerinin beslemesi ortadan

kaldırılır.

Nötr noktası busbarlar üzerinden topraklı şebekelerde

Direnç topraklaması için sıfır bileşen jeneratörü kullanılır. Fiderler, girişler

ve sıfır bileşen jeneratörü üzerine toprak koruma üniteleri tesis edilir.

Zamana bağlı seçicilik farlı koruma üniteleri arasına uygulanır. Sistem tek

beslemeli güç sistemlerine benzer şekilde çalışır.

Nötrü izole sistemler

Sistem tek girişli güç sistemindekine benzer şekilde çalışır.



Nötrü doğrudan topraklı sistemler

Bu sistemin çalışması, direnç üzerinden topraklı sistemle aynıdır.

Ancak faz-toprak hatası akımı kısa devre akımı mertebesinde çok

yüksek değerdedir.

Nötrü kompanzasyon bobini üzerinden topraklı sistemler.

Sadece verilen süre içinde güç sisteminin kapasitansını sağlayacak

şekilde çalışır. Tek girişli sistemlerdeki uygulamanın aynı geçerlidir.

9.5.3. İlave koruma fonksiyonları

9.5.3.1. Kuplaj

Şekil 9.45. Güç sistemi kuplaj koruması



ANSI 25 senkronizasyon kontrol fonksiyonu iki kaynak arasında

senkronizasyonun sağlandığını kontrol etmek ve gerekli şartlar

oluştuğunda iki devreyı otomatik olarak birbirleri ile bağlamakta kullanılır.

Kuplajın açılması

Elektrik tesislerinin şebeke ve bağımsız kaynak tarafından beslenmesi

durmunda, örneğin şebekede hata veya toprak hatası meydana geldiğinde

iki kaynak arasındaki enterferans mutlaka önlenmelidir. Zira bu gibi

durumlarda frekans ve akım salınımları meydana geldiği gibi farklı

devreler arasında güç değişimleri ortaya çıkar.

İki kaynak arasında kuplaj açılması için bir çok metot vardır :

ANSI 32P ters güç koruma rölesi vasıtasıyla korunur ve aktif güç

yön elemanı ile izlenir.

Gerilim büyüklüğü izlenir ve ANSI 27 veya 59 düşük ve aşırı gerilim

koruması vasıtasıyla koruma yapılır.

Frekans izlenir ve ANSI 81L düşük frekans ve ANSI 81L aşırı frekans

koruma rölesivasıtasıyla koruma yapılır.

Hataların neden olduğu kaymalarına karşı ANSI 78 rölesi

vasıtasıyla koruma yapılır.

Frekans değişimlerinin izlenmesi ve eşik değerine bağlı olarak

ANSI 81R vasıtasıyla koruma yapılır. Bu koruma fonksiyonu

frekans koruma fonksiyonundan daha hızlı ve faz kayma

korumasından daha kararlıdır.



Otomatik kaynak transferi

Şekil 9.46. Otomatik kaynak transferi

Şekil 9.46’daki sistemde açık kuplaj üzerinden beslenen iki busbarlı bir

tesisi göstermektedir.

Eğer 1. kaynakta enerji kaybı meydana gelirse, 1. kaynağa ait giriş kesicisi

kapanır ve kuplaj kesicisi kapanarak besleme tekrar sağlanır.

Bu otomatik kaynak transferi aşağıda açıklanan sıraya göre gerçekleşir:

kaynakta Us = 70% Un,gibi bir değere düştüğünde ANSI 27 düşük

gerilim koruması tarafından algılanarak transfer başlatılır.

Eğer hata ANSI 50 Ve 51 aşırı akım koruma üniteleri tarafından

kaynağın aşağısında algılanmışsa transfer yasaklanır. ANSI 27R

düşük gerilim koruma ünitesi tarafından dönen makinanın

remenans geriliminin kaybolması kontrol edilir ve söz konusu



gerilim kaybolduktan sonra kuplaj sağlanır. Remenans gerilim

Us = 25% Un, değerini aldığında kuplaj sağlanabilir.

İkinci kaynak üzerindeki ANSI 59 vasıtasıyla 2. kaynak gerilimi

kontrol edilerek, kaynak üzerindeki gerilim en az Us = 85% Un

değerine sahipse kuplaj sağlanabilir.

9.5.4. Açık Gözlü Şebekeler

Şekil 9.47 Açık göz sistemi ile işletilen şebekelerde koruma

Açık göz sistemi ile işletilen güç sistemlerinde koruma göz sonundaki

kesicilerle donatılan koruma sistemi ile sağlanır. Talı istasyonlardaki

anahtarlar sadece açma kapama yaparlar. Hatalar enerji kesintisine neden

olur.



ANSI 51 ve 51N faz aşırı akım ve toprak hata kopruma üniteleri gözün

başlangıcına kesiciler üzerine yerleştirilir. Hata meydana geldiğinde göz

açıklığının pozisyonuna bağlı olarak bu kesiciler devreyi açtırır.ve iki

istasyon devre dışı olur.

9.5.5. Kapalı Gözlü Şebekeler.

Güç sistemi bölümün sonundaki kesiciler tarafından her bir bölüm

korunarak kapalı gözlü işletilebilir. Birden fazla hata oluştuğunda enerji

kesintisi meydana gelmez. Çeşitli koruma çözümleri uygulanabilir.

9.5.5.1. Diferansiyel Koruma

Şekil 9.48. Kapalı göz diferansiyel koruması



Her bir kablo ve aynı zamanda busbar sistemleri ANSI 87L hat diferansiyel

koruma ünitesi ile donatılır. Bu koruma çok hızlı çalışır. Eğer sistem nötr

noktası direnç üzerinden topraklanmışsa diferansiyel koruma ünitesinin

duyarlulığı faz-toprak hatalarını da kapsamalıdır.

9.5.6.2.Aşırı akım koruma ve yönlü lojik seçicilik

Gözdeki kesiciler aşırı akım ve yönlü koruma üniteleri ile donatılırlar.

Mümkün olduğunca hızlı hatanın temizlenmesi için lojik seçicilik kullanılır.

Gözde hata meydana geldiğinde aşağıda açıklanan cihazlar aktif hale gelir:

Göz kapalı ise tüm koruma üniteleri

Göz açık ise hatadan itibaren üste bulunan tüm koruma üniteleri

Şekil 9.48. Göz aşırı akım koruma ve yönlü koruma



Her bir koruma ünitesi yönlü koruma üniteleri tarafından gönderilen

verilere göre yakın üniteler bir diğerine blokaj sinyali gönderir.

Gözdeki hatanın pozisyonuna bağlı olmayan minimum gecikme ile blokaj

sinyali almayan koruma ünitesi :

Eğer göz kapalı ve tüm dağıtım panoları enerjili ise her iki

taraftaki iki kesici tarafından hata temizlenir

Eğer göz açıksa üst taraftaki kesici vasıtasıyla hata temizlenir.

Bu çözüm kablolar ve busbarların hızlı, seçici ve artçı koruması dahil olmak

üzere kapsamlı bir çözümdür.



9.6. BUSBAR Koruması

9.6.1. Hata Tipleri Ve Koruma Fonksiyonları

9.6.1.1. Faz arası ve faz-toprak hataları

Aşırı akım koruması

ANSI 51 aşırı akım koruma fonksiyonu ve ANSI 51N toprak hata

fonksiyonu ile zamana bağlı seçiciliğin kullanımı seçicilik seviyesinin

adedinin fazla oluşundan dolayı aşırı hata temizleme süresinde çabuk

sonuç verir.

Şekil 9.49. Zamana bağlı seçicilik



Şekil 9.49’daki örnekte 1 noktasında busbarda oluşacak hatada B

kesicisi 0,4 saniyede açma yapacak, 2 noktasında oluşan hatada seçicilik

aralığının 0,3 saniye olması durumunda A kesicisi 0,7 saniyede açma

yapacaktır.

Şekil 9.50’de verilen aşırı akım korumalı lojik seçiciliğin kullanılması

durumunda busbar korumasında basit bir çözüm sağlanacaktır.

Şekil 9.50. Busbar korumasında lojik seçiciliğin sağlanması



3 noktasındaki hata, B koruma ünitesi tarafından algılanır ve A koruma

ünitesine blokaj sinyali gönderilir. B ünitesi 0,4 saniye sonra açma yaptırır.

Ancak 4 noktasındaki hata, sadece A koruma ünitesi tarafından algılanır ve

bu durumda A ünitesi, 0,1 saniyede açma yaptırır. B ünitesinde bir

açtırma hatası meydana geldiğinde A ünitesi artçı koruma yaparak 0,7

saniyede devreyi açar.



9.7. Transförmatör Koruması

9.7.1. Korumanın Amacı

Transformatör sisteminin koruması hazırlanırken her bir transformatörün

karakteristikleri göz önüne alınarak hatalardan dolayı hasarlanmasını

önlemek ve işletme kalitesini ve sürekliliğini sağlayarak işletme

personelinin güvenliğinin garanti altına alınması göz önünde

bulundurulur.

9.7.2. İşletmedeki Zorlanmalar ve Hata Şekilleri

Transformatörü etkileyen ana hatalar

Aşırı yük

Kısa devre

Tank hataları

9.7.2.1 Aşırı yüklenme

Aşırı yükler transformatörde aynı anda beslenen yük miktarlarının

transformatör nominal gücünün üstüne çıkması halinde meydana gelir.

Aşırı yüklenmede uzun süre akım çekilmesi sonucu sargı ve

transformatörde izolasyonun tahrip olması veya eskimesi ile

sonuçlananabilecek kalıcı hasarlar meydana getiren ısı yükselmesi olur.

Transformatörün çeşitli bölümlerine de kabul edilebilir sıcaklık

yükselmeleri transformatörün izolasyon malzemeleri göz önüne alınarak

belirlenir ve aşırı sıcaklık yükselme koruma elemanının açtırma eşik değeri



standartlara göre belirlenir. Transformatörün tesis edildiği bölgelere ait

ortam sıcaklıkları da büyük önem taşımakta ve izin verilen sıcaklık

yükselmeleri bu bölgelere göre farklı değerler almaktadır.

Şekil 9.51. Yağlı transformatörün Aşırı yüklenebilme kapasitesi

Dağıtım şebekelerinde belirlenen kısa süreli aşırı yüklenmelerde işletme

sürekliliği göz önüne alınarak genellikle devre dışı edilmezler. Eğer aşırı

yüklenme sık sık ve uzun süreli olursa daha büyük boyutta transformatör

tesis etme zorunluluğu vardır. Endüstryel tesislerde ise motorların yol

almasında olduğu gibi kısa süreli aşırı yüklenmeye izin verilir. Bu tesislerde

transformatörün alçak gerilim tarafında bulunan panolardaki kesici

vasıtasıyla uzun süreli aşırı yüklenmeye karşı koruma yapılır.



9.7.2.2. Kısa devre

Kısa devre hataları transformatörün içinde ve dışında meydana gelebilir. İç

kısa devreler, farklı faz iletkenlerine ait faz sargılar arasında veya faz

sargıları ile transformatör yağ tankı arasında ve aynı sargının sarımları

arasında meydana gelebilir. Arklı meydana gelen hatalar transformatörü

tahrip ettiği gibi yangının oluşmasına da sebepiyet verirler. Ark hatalarda

yanıcı gaz çıkışı olur. Hafif hatalarda düşük gaz çıkışı olur, ancak birikmesi

halinde büyük yangın tehlikeleri meydana gelir.

Ark hatasız güçlü bir kısa devrede eğer koruma cihazı vasıtasıyla

transformatörün beslemesi gerekli sürede kesilmezse kazan içindeki yağ

kaynar.

Dış kısa devreler, transformatörün sekonder yani enerji çıkış tarafındaki

kısa devrelerdir. Bu kısa devreler, transformatör sargılarını mekanik ve

termik yönden etkileyecek ve hasara uğratabilecek büyük elektrodinamik

ve termik zorlamalara neden olur.Eğer hatalı bölüm gereken sürede

devre dışı edilmezse transformatörde iç kısa devre hataları meydana

getirir.

9.7.2.3. Tank hataları:

Transformatörün iç hatalarıdır. Tank ile faz sargıları arasında veya bunların

yerleştirildiği manyetik çekirdek arasında meydana gelir. Hata akımlarının

büyüklüğü transformatörün primer ve sekonder sargılarının ve nötr

topraklamalarının düzenleme şekline bağlıdır.

Transformatör sargı şekli yıldız ise tank hata akımı aşağıdaki

şekilde görüleceği gibi 0 ile hatanın nötrde faz sargısının sonunda

oluşuna bağlı olarak maksimum değer arasında değişir.



Şekil 9.52

Üçgen tertipte tank hata akımı hatanın sargı ortasında veya her iki

ucunda oluşumuna göre %50-%100 arasında değişir.

Şekil 9.53



Transformatörün sargılarının sarımları arasındaki hatalar

Şekil 9.54 sarımlar arasında hatalar

Orta gerilim sargılarının sarımları arasındaki hatalar çok zor algılanan ve

sıklıkla meydana gelen hatalardır. Sonuçta termik ve dielektrik

zorlamalardan dolayı transformatörün iletken izolasyonunda kısmi

bozulmalar meydana gelir. Bu durum transformatörün çevirme oranları

arasındaki faklılıktan belirlenebilir.

Transformatörün primer sargısında meydana gelen sarım kısa

devresinde transformatörün davranışı

Hatalı sarım üzerinden geçen akımın değerine bağlı olarak hatanın gelişimi

daha fazla veya daha hızlı olabilir. Akımların yüksek olması halinde sıcaklık

yükselmesi komşu sarımlarda bozulmalara hatanın hızla yayılmasına

neden olur. Herhangi bir durumda bölgesel arkın varlığı gaz çıkışına neden

olacaktır.



Sargılar arasındaki hatalar

Orta gerilim sargıların arasındaki hata, nadir olarak meydana gelir fakat

herhangi bir terminalde hata durumundakine eş değer derecede kısa

devre akımına eşdeğer yüksek akım akmasına neden olur.

OG/AG sargıları arasındaki hatalar, alçak gerilim şebekesinde tehlikeli

seviyede potansiyel meydana getirecek şekilde primer ve sekonder sagılar

arasında kontağa neden olur. İnsan ve ekipman riski iki şebeke arasındaki

nötr noktası düzenlemesine bağlıdır.

Şekil 9.55: Primer ve sekonder sargılar arasında oluşan hata



9.7.3. Transformatörün Devreye Alınması

Transformatör devreye alınırken zaman sabiti 0,1-0,7 saniye arasında

değişen ve büyüklüğü nominal akımın 20 katına ulaşabilen geçici darbe

akımları meydana gelebilir. Akımların oluş sebepi yüksek mıknatıslama

akımı üreten manyetik devrenin satüre olmasıdır. Darbe akımlarının en

yüksek değeri gerilim sıfırdan geçerken transformatörün enerjilenmesi

esnasında oluşur ve dalga şekli 2. harmoniğin önemli bir miktarını ihtiva

eder.

Söz konusu geçici olay transformatörlerin devreye alınması sırasında her

zaman meydana gelebilecek olay olup koruma üniteleri tarafından bir

hata olarak algılanmamalıdır.

Aşırı Yükler

Uzun sureli aşırı akımlar sabit zamanlı veya IDMT gecikmeli aşırı akım

koruma üniteleri (ANSI 51) tarafından algılanmalı sekonder koruma

ünitelerine uygun seçicilik sağlanmalıdır.

Dielektrik sıcaklık (ANSI 26) ile yağlı transformatör için ve (ANSI 49T) ile

kuru tip transformatörler için izlenmelidir.

Termik aşırı yük koruması (49RMS) aşırı yüklerden dolayı sargıların

sıcaklığının daha hassas izlenmesi için kullanılır. Bu izleme metodu

transformatörün termal ataletineve akıma bağlı sıcaklık yükselmesinin

simülasyonu esasına dayanarak tespit edilir.

Kısa devreler

Yağlı transformatörlerde sargı veya sarım kısa devresinin neden

olduğu gaz çıkışına veya yağ hareketine hassas cihazlar (ANSI 63)



1. Yağ tankına sahip transformatörler için BUCHHOLZ

röleleri ve

2. Hermetik transformatörler için gaz ve basınç

detektörleridir

Transformatörlerde diferansiyel koruma (ANSI 87T) Faz-faz kısa

devre hatalarına karşı hızlı korumadır. Tesis için çok önemli olan

yüksek güçlü transformatörler de kullanılır ve çok hassastır.

Gereksiz açmalardan sakınmak için transformatör devreye

alınırken 2.harmonik tutuculuk ve aşırı akım durumlarında 5.

harmonik tutuculuk özelliğine sahip olması gerekir.

Şekil 9.56

Ani aşırı akım açtırma ünitesi (ANSI 50) etkili kısa devre akımlarına

karşı transformatörü korumak amacıyla transformatörün primer

tarafına bağlanır. Akım açtırma eşik değeri, akım bazlı seçiciliği

sağlamak amacıyla sekonder sargılarda meydana gelen kısa devre

akımından daha büyük değere ayarlanır.



Şekil 9.57 Transformatörde aşırı akım koruması

Yüksek gerilim sigortaları nominal güçleri düşük transformatör

için kullanılır

9.7.3.1. Transformatörde 3-faz aşırı akım koruması

Faz iletkenleri veya faz iletkeni toprak arasında izolasyonun bozulması

sonucu kısa devre veya faz-toprak kısa devresi meydana geldiğinde hata

akımları transformatörlerin sargılarında ve demir çekirdeğinde ciddi

hasarlara neden olurlar. Bundan başka yüksek akım değerini haiz hata

akımı yağlı transformatörlerde yağı bozarak gaz çıkışına neden olur;

sonuçta transformatör tankında yüksek gaz basıncı meydana gelir. Eğer

gaz basıncı çok yüksekse transformatör tankı zarar görür. Bu nedenle

hata akımının büyüklüğüne bağlı olarak hatalı transformatör gerekli

sürede aşırı akım koruma sistemi tarafından devre dışı edilmelidir.

Transformatörün dışında şebekede bir hata meydana geldiğinde yüksek

hata akımları transformatör üzerinden akar ve transformatörler üzerinde

yüksek ısınmalar meydana gelir. Devre gerekli sürede aşırı akım koruma

elemanları tarafından açılmazsa transformatörlerin bakır kayıplarının hata



akımlarının karesi ile artmasından dolayı transformatörde aşırı ısınmalar

meydana gelecek ve transformatör hasara uğrayacaktır.

Transformatörda meydana gelen hata akımlarının büyüklüğü

Şebekenin kısa devre kapasitesine (kısa devre gücüne)

Sistem topraklamasına

Transformatörün kaçak reaktansına

Sargı boyunca hata yerine ve pozisyonuna bağlıdır.

Fazlar arası kısa devreler önemli büyüklükte kısa devrelere sebep olurlar.

Bu akımların büyüklüğü önemli oranda kaynak empedansına ve

transformatör kaçak reaktansına bağlıdır. Toprak hatası topraklanan

bölümle sargı arasında (örneğin demir çekirdekle tank arasında) ark

kontağı veya metalik kontakla meydana gelebilir. Toprak hata akımının

gerçek değeri hata devresindeki empedansa ve sargı boyunca hatanın

yerine ve pozisyonuna bağlıdır. Nötrü doğrudan topraklanmış sistemlerde

ortaya çıkan toprak hatası yeterli seviyede toprak hata akımı meydana

geleceğinden aşırı akım koruma sistemleri vasıtasıyla kolaylıkla algılanır.

Nötr noktasının durumları için toprak hata akımlarının değerleri çok düşük

olabilir ve bazı durumlarda aşırı akım koruma sistemlerinin bu hatayı

algılaması zor veya mümkün olmayabilir.

Aynı sargıların sarımları arasındaki metalik kontak veya arklı kontak

transformatörde bir iç hataya sebep olur. Sarım kısa devresinde hata

akımı çok yüksek olmasına rağmen bunun transformatörlerıin çıkış faz

akımları üzerine yansıması çok küçük olacaktır. İç hataları

transformatörün dışında ve girişine bağlı koruma cihazlarının algılaması

çok zordur; bazı durumlarda algılama imkanı olmayabilir. Bu nedenle iç

hataları kesinlikle algılayan ve gerekli koruma kumandası veren sadece



yağ rezervuarlı tanklara sahip transformatörlerde BUCHHOLZ ve hermetik

transformatörlerde ANİ BASINÇ röleleridir.

Faz aşırı akım korumaları aslında faz hatalarına karşı koruma olup, toprak

hatası meydana geldiğinde toprak hata akımı büyüklüğü rölenin açtırma

eşik değerinin üstünde ise toprak hata koruması da yapar.

Diferansiyel rölelerden daha yavaş ve daha az hassasiyete sahip olan aşırı

akım koruma sistemleri küçük güçteki transformatörlerde birinci derecede

koruma elemanı olarak kullanılırlar.

Büyük güçteki OG/AG VE YG/OG transformatörlerda aşırı akım koruması iç

hatalar için geri yani yadek koruma olarak ve güç transformatörünün

beslediği ana baralar için birinci derece ana koruma olarak kullanılırlar.

9.7.3.2 Kısa Devre Koruması

Faz aşırı akım korumaları pahalı olmayıp basittir ve hatayı algılaması

güvenilirdir. Bu nedenle bazı transformatörlerin korunması için ana

koruma sistemi olarak kullanılırlar.

Ancak transformatörün devreye girme akımlarının büyüklüğü nedeniyle

aşırı akım koruma cihazlarının hassasiyeti azaltılır ve çalışma süresi

uzatıldığından hassas ayarlama aynı zamanda hızlı çalışmayı aşırı akım

koruma elemanlarıyla gerçekleştirmek mümkün olmaz.

Aşırı akım koruma ünitelerinde ters zaman gecikme karakteristikleri

transformatörün iç aşırı yük kapasitelerinin üstünde akım çekmesine

belirli süre için izin verilen (motorların yol alması ve diğer ekipmanların

devreye girmesi esnasında çekilen kapama akımları) ve güç sistemlerinin

diğer ekipmanları arasında seçiciliğin sağlanması gereken yerlerde

kullanılır.



Sabit zamanlı aşırı akım üniteleri ya dış hata halinde maksimum kısa devre

akımından veya transformatörün devreye girmesi esnasında meydana

gelen geçici akım değerinden biraz yüksek akım değerinde açma yaptıran

sabit zaman gecikme elemanlarına sahiptir. Bu durumda ana fonksiyonu

ağır iç hatalar meydana geldiğinde hızlı çalışma elde edebilmektir.

Dijital aşırı akım koruma röleleri performansları yüksek olan cihazlardır.

Dijital filtreler doğru akım bileşenlerini ve devreye girme sırasında çekilen

ani akımların neden olduğu harmonikleri ortadan kaldırır. Dijital sistemin

geçici yanılgıları çok küçüktür. Koruma değerleri bundan dolayı normal

tiplere göre çok daha hassas değerlere ayarlanabilir.

Transformatör birden fazla kısa devre yerini beslerse aşırı akım koruma

cihazları iyi bir seçicilik ve koruma sağlamak için yön elemanları ile

donatılır. Bazı uygulamalarda transformatörlerin hem primer ve hem de

sekonder taraflarına yönlü aşırı akım koruma cihazları yerleştirilir. Her iki

korumada koruma yönü transformatöre doğrudur.

Yönlü aşırı akım koruma elemanı sadece hatalı girişi devre dışı eder.

Hatanın yönü akım akışının yönü veya diğer bir deyimle akım ve gerilim

arasındaki deplasmanı ölçülerek algılanır.

Şekil 9.58



Yönlü koruma röleleri özellikle faz arası kısa devresi veya faz-toprak hatası

sonucu güç akış yönü değişmesi muhtemel tüm şebeke elemanları için

gerek seçicilik ve gerekse hızlı çalışma için kullanılması gereken koruma

cihazlarıdır

Faz yön koruma rölesi paralel gözlü veya iki besleme kaynağı tarafından

beslenen şebeke elemanlarını korumak için kullanılır.

Şekil 9.59

Toprak hata rölesinin yönü toprak hata akımının toprağa akış yönüdür.

Toprak hata akımının birden fazla topraklama sistemine bölündüğü

yerlerde kullanılır. Akım akışı sadece diğer fiderlerin faz-toprak

kapasitanslarına ve nötr direncinin değerine bağlı olarak nötrüne doğru

olmayıp söz konusu kapasitanslar üzerindende devresini kapatırlar.

Rezidüel yönlü aşırı akım rölesinde sıfır bileşen aktif güç korumasında

olduğu gibi hata akımı büyüklüğünde kapasitif akım kullanılır.



Şekil 9.60 Rezidüel aşırı akım rölesi (2) karşı yönden akım akmadıkca açtırma

yaptırmaz

Yönlü röleler aşırı akım korumasını tamamlayan ve şebekenin hatalı

bölümünün seçici olarak ayrılmasını sağlayan koruma elemanlarıdır.

9.7.4. Yönlü Aşırı Akım Rölelerinin Açıklanması

9.7.4.1. Toprak hata yönlü koruma

Toprak hata korumasında polarizasyon miktarı olarak sık sık kullanılan

rezidüel akım ve rezidüel gerilim ölçülür. Herhangi bir 3-fazlı sıstemde

221 ,, FFF

büyüklükleri arasında dengesizlik olması halinde simetrili

bileşenler teorisine göre

Sıfır bileşeni ).(31

321 FFFFh

F

F

31

olarak ifade edilir.

Rezidüel değişken ise 321 FFFFr

F

F

F

ile ifade edilir.İfadeden

anlaşılacağı üzere rezidüel değişken sıfır bileşen değişkeninden 3

kat daha büyüktür.



Rezidüel akım ya 3 adet akım transformatörüyle veya 3-faz iletkeni içine

alan toroidal transformatör yardımıyla ölçülür.

Şekil 9.61

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



transformatörlerin çok yüksek hassasiyet avantajının yanı sıra düşük

izolasyon seviyesinde imal edilebilmesi en büyük sakıncasıdır.

Şekil 9.62

Rezidüel 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 9.63: Rezidüel gerilim, toprak hata yönlü rölesinde polarizasyon değişkeni

olarak sık kullanılır.



Karakteristik Açı

Hatanın yönünü belirlemek için koruma ekipmanı akım ile polarizasyon

akım değişkeni arasındaki faz deplasmanını ölçer. Eğer polarizasyon

değişkeni istenen röle hareketinin simöetri ekseninde değilse karakteristik

açı ayarlanarak faz kaydırması yapılır.

Şekil 9.64 Karakteristik açı

9.7.4.2. Transformatör Diferansiyel Koruma

Diferansiyel koruma genellikle 10 MVA gücünden yukarı

transformatörlerda kullanılan çok önemli bir koruma sistemidir. Basit

olarak transformatörün giriş ve çıkış terminallerindeki akımların

karşılaştırılması esasına dayanan yüksek güvenirliliğe sahip koruma

şeklidir.

Diferansiyel koruma ünite koruması olup ana koruma fonksiyonu olarak

transformatör sargılarında meydana gelen hatalarda çalışır. Diferansiyel

koruma bölgesi her iki uçta tesis edilen akım tranformatörlerinin arasında

bulunan transformatör, baralar ve kablolardır. Ancak buşing tipi akım



transformatörleri kullanıldığında kesici ve transformatör arasındaki

baralar ve kablolar korunan sisteme dahil olmazlar.

Transformatörün elektriksel iç hataları çok önemli olup ciddi hasarlara

sebep olurlar. Sargı ve terminaller üzerindeki toprak hataları ve kısa

devreler, genellikle diferansiyel koruma vasıtasıyla algılanabilirler. Aynı

sargıya ait iletkenler arasında sarım hataları diferansiyel koruma

vasıtasıyla gerçekleştirilir. Sarım hataları elektriksel koruma sistemlerinde

en zor algılanan hatalardır. Birkaç sarımdan ibaret sarım hatasında, toprak

hatası ortaya çıkıncaya kadar hata akım miktarı algılanamaz. Bundan

dolayı herhangi bir dış hatada istenmeyen açmaya neden olmamak

kaydıyla yüksek hassasiyetli diferansiyel koruma kullanılır. Hatalı

transformatörün mümkün olduğu kadar hızlı devre dışı edilmesi gerekir.

Koruma bölgesi dışındaki hatalarda ise diferansiyel koruma sistemi

çalışmaz.

Diferansiyel koruma teorik olarak sarım oranı ve faz kayması kompanze

edilmemişse normal yük ve dış hata halinde çalışmaz. Ancak iç hata

meydana gelmeden transformatörlerin farklı davranışlarından dolayı

meydana gelen diferansiyel akımlar diferansiyel koruma sisteminde

istenmeyen hatalı açtırmalar meydana getirir.

İç hataların algılanması SP

SPD I

nn

II .I.IInnnn

I ifadesiyle belirlenen

diferansiyel akımın değerlendirilmesine dayanır. ( PI taransformatorun

primer akımı, SI transformatörün sekonder akımı, Sn transformatörün

sekonder sarım sayısı, Pn transformatörün primer sarım sayısı) DI

diferansiyel akım sıfıra eşitse transformatör sürekli çalışma şartlarına

sahiptir.



Ancak genellikle P

S

nn

transformatörün çevirme oranı sekonder gerilim

regülasyonunu sağlamak amacıyla bir kademe değiştirici vasıtasıyla

ayarlandığından, röle düzeltilmiş değerin bilgisine sahip olmayabilir. Hatta

kademe değiştirici olmasa dahi transformatörün mıknatıslanma

akımından dolayı bir ölçme hatası daima vardır. Bu tipten hataları

önlemek amacıyla DI diferansiyel akımı SP

SPr I

nn

II ..21

ifadesiyle belirlenen sınırlandırılmış akımla karşılaştırılır.

Bu durumda diferansiyel rölenin açtırma şartları:

11 rD IkI k , mD II I1

k kademe değiştirici karakteristiklerine ve ölçü hassasiyetine bağlı

olarak belirlenen ayar değeri,

mI transformatörün mıknatıslanma akımıdır.

İstenmeyen diferansiyel akımları meydana getiren transformatör

davranışları

Gerilim ayar kademesinin farklı pozisyonundan dolayı meydana

gelen uyumsuzluk

Akım transformatörünun yük ve işletme şartlarının farklı

karakteristikte olması

Güç transformatörünun yanlız bir tarafında sıfır bileşen

akımlarının akması Bu ise Yd ve Dy sargı bağlantılı

transformatörlerda görülen bir durumdur.



Transformatörün normal mıknatıslanma akımları

Mıknatıslanma darbe akımları

Aşırı uyarma mıknatıslama akımlarıdır.

Basit diferansiyel röle

Şekil 9.65 basit diferensiyel role

Akım transformatörlerinin polariteleri dış hatalarda ve nominal yükte

röleden akım geçmeyecek şekilde seçilmiştir. Röle sargısı endüklenen

akımların vektörel toplamlarını alır. Normal halde bu akımlar sıfırdır.

Transformatörde meydana gelen iç arızada bu denge bozulur ve röle

çalışır.

Pratikte basit haldeki diferansiyel korumanın hatalı açma yapma nedenleri

yukarıda açıklanmış olup diferansiyel rölenin stabilizasyonu için oransal

diferansiyel röleler imal edilmektedir. Devreye girme akımlarından dolayı

yanlış açmayı önlemek için röleye devreye girme akımının harmonik

bileşenlerine dayalı bir stabilizasyon sağlanmaktadır.



Oran Diferansiyel Rölesi ve Akımların Etkisi

Şekil 9.66

Akım transformatörlerinin karakteristik farklılıkları veya güç

transformatörünün kademe değiştirilmesi sonucu akım

transformatörlerinin sekonderlerinde akan akımlar arasındaki fark yada

dengesizlik hat akımının artması ile artar. Faaliyete geçme akımı hat

akımının yüzdesi olan bir röle hatalı açma tehlikesi olmaksızın hassas bir

şekilde düşük değerde faaliyete geçme akımına ayarlanabilir.

Rölenin stabilizasyon derecesi hata boyunca bias akımının seviyesine

bağlıdır.



Şekil 9.67

Diferansiyel röle işletme-bias Karakteristiği

Bias akım SP III I.21

PI Transformatörün primer akımı

SI Transformatörün sekonder akımı

NI Transformatörün nominal akımı

pu olarak bias akımı =NI

I



1. Bölge: Bu aralıklar içinde bias akımı sıfırdan NII .5,00I arasında

değişir. Röle işletmesi için gerekli olan diferansiyel akım seviyesi sabittir.

Bu değer rölenin temel ayar değerleriyle aynıdır.

2. Bölge: Bias akımın NN III .5,2.5,0 2II değerleri arasında rölenin bias

değerleri vasıtasıyla stabilizasyon ayarları yapılır. Böylece IIS D

değerleri göz önüne alınarak yapılan ayarda rölenin çalışmasına sebep

olan diferansiyel akımlar bias akımlarının çeşitli kademelerinde belirlenir.

3. Bölge: Bias akımın NII 5,22I değerleri için stabilizasyon derecesi

sabit olup %100 dür.

Diferansiyel korumada üçgen-yıldız bağlı transformatörlerde üçgen

taraftaki akım transformatörleri yıldız, yıldız taraftaki akım

transformatörleri üçgen bağlanarak hat akımları arasındaki faz kayması

düzeltilir. Faz kayması ana transformatörle aynı bağlama grubundan bir

ara transformatörle de giderilebilir.

Devreye girme akımlarından dolayı meydana gelen hatalı açmaları

önlemek amacıyla devrede harmonik blokaji sağlayan sistemiin bulunması

gerekir.

Diferansiyel korumada akım transformatörlerinin seçimi

Şekil 9.68



Akım transformatöründe satürasyonun başladığı noktadaki gerilim

LCTBK RRIAV .2.. 2A

BI Akım transformatörünün sekonder tarafindan görünen nominal

akım değeri

CTR Akım transformatörünun sekonder sargı direnci

LR Akım transformatörü ile role arasındaki bağlantı iletkeninin

direnci

A Transformatörün gücüne bağlı bir sabit olup

16......704024......391530........142

167024393014

AMVASMVAAMVASMVAAMVASMVA

TN

TN

TN

değerlerini alır.

Örnek

MVAST 5050 1616A

Kullanılan akım transformatörleri

AIkVUAIAIkVUAI

SP

SP

1.....11.....30001.....63.......600

222

111

1113000163600



9.7.5. Transformatörlerde Toprak Hata Koruması

Faz iletkeni ve toprak arasında izolasyon bozulması nedeniyle nötrü

doğrudan topraklı veya düşük empedans üzerinden topraklanmış yüksek

ve orta gerilim sistemlerinde büyük değerlerde toprak hata akımları

meydana gelir. Ayrıca transformatör sargıları ile transformatörün demir

çekirdeği veya tankı arasında izolasyon bozulması nedeniyle sargılar ve

demir çekirdekte ağır hasarlara neden olacak büyüklükte toprak hat

akımları meydana gelir. Bununla beraber yüksek gaz çıkışı

taransformatörün hasarlanmasına neden olacaktır.

Güç transformatörlerinin sargılarındaki toprak hatalarının hızlı ve hassas

bir şekilde algılanması, nötrü doğrudan veya düşük değerli empedans

üzerinden topraklı sistemlerde gerçekleştirilebilir. Ancak söz konusu

akımların koruma sistemi tarafından açtırma süresi boyunca hasarları

ortadan kaldırmak veya azaltmak için toprak hata akımlarının

sınırlandırılması gerekir. Yapılabilecek işlem, güç transformatörlerinin

sargılarının yıldız bağlanması durumunda yıldız noktasını toprağa direnç

veya yıldız noktası transformatörü bağlayarak, bunun sekonder sargı

çıkışlarına direnç bağlamak suretiyle ve sargıları üçgen bağlanan

transformatörlerde ise ayrı bir topraklama transformatörü kullanarak,

bunun yıldız noktasını direnç üzerinden topraklamaktır.

Sınırlandırılmış toprak hata koruması bir ünite koruması gibidir ve

transformatörün sargılarını toprak hatalarına karşı korur.

Transformatörün diferansiyel koruması aşağıda belirtilen hata

durumlarında yeterli değildir.

Empedans üzerinden topraklanmış transformatörlerde, sargı

toprak hatalarında.



Nötrü doğrudan topraklanmış transformatörlerda sargıdaki toprak

hata yeri yıldız noktasına yakın olduğunda.

Her iki hata tipinde de sınırlandırılmış toprak hata koruması transformatör

sargıları için en hızlı ve en hassas koruma şeklidir.

Toprak hata koruma sistemi aşağıda belirtilen nedenlerden

etkilenmeyecek yapıda ve ayarda olmalıdır.

Mıknatıslanma darbe akımları

Aşırı uyarma mıknatıslama akımları

Yükte kademe değiştirici

Toprak temassız iç ve dış faz hataları

Simetrik aşırı yüklenme durumu

Toprak Hata Akımının Büyüklüğü

Transformatör sargılarında toprak hata akımının büyüklüğü sadece kaynak

empedansı ve nötr toprak empedansı tarafından belirlenmez; bunların

yanında güç transformatörünün kaçak reaktansı ve sargı üzerindeki hata

yeri ve pozisyonüna göre ortaya çıkan tam sistem gerilim değerinden daha

küçük değerde meydana gelen hata gerilimi de toprak hata akımının

büyüklüğüne etki eder.

Transformatörün üçgen sargı tertibinde toprak hatası, sargı

terminallerinde oldu ise; toprak hata akımı maksimum değer alacaktır. Bu

durumda toprak hata akımının maksimum değeri güç şebekesinin

topraklama tipine bağlı olacaktır.Üçgen tertip sargılarda toprak hatasının,

sargının orta yerinde olması durumunda toprak hata akımının değeri

minimum olacak ve bu değer maksimum toprak hata akımının %50 si

kadar olacaktır.



Nötrü doğrudan topraklı transformatörün yıldız sargı tertibinde sargı

terminallerinde toprak hatasında, toprak hata akımı, maksimum değer

alacaktır. Toprak hata akımının değeri, yıldız noktasına yakın hatalarda

hızla azalacak ve yıldız noktasında meydana gelen toprak hatasında

değeri sıfıra yakın olacaktır.

Şekil 9.69 İç toprak hatasında toprak hata akımının dağılımı

Nötrü düşük empedans üzerinden topraklı transformatörün yıldız sargı

tertibinde sargı terminallerinde meydana gelecek toprak hatasında toprak

hata değeri maksimum olcaktır.Toprak hata akımının maksimum değeri

nötre bağlanan topraklama empedansının değeri ile sınırlandırılır. Toprak

hatası yeri yıldız noktasına kaydıkca azalacak ve yıldız noktasında



meydana gelen toprak hatasında hata akımının değeri sıfıra yakın

olacaktır.

Şekil 9.70: Dış toprak hatasında toprak hata akımının dağılımı

Transformatörün sargılarının yıldız tertiplenmesi durumunda iç ve dış

toprak hatası durumlarına ait toprak hata akımı dağılımı yukardaki

şekillerde gösterilmektedir. Diferansiyel korumada olduğu gibi toprak hata

koruması da bias akımları ve diferansiyel akımları hesap eder. Diferansiyel

akım transformatörün terminalindeki rezidüel akımla nötr akımı

arasındaki vektöryel farka eşittir. Bias akım ise toprak hata koruması

tarafından en yüksek dört akım (3-fazlı kısa devre akımları ve nötr akım)



kullanarak hesap edilir. Toprak hata koruması aşağıdaki şekilde görüldüğü

gibi sadece bir adet bias işletme karakteristiğine sahiptir.

Şekil 9.71.Sınırlandırılmış toprak hata korumasının işletme-bias

Karakteristiği

Bias akım SP III I.21

PI Transformatörün primer akımı

SI Transformatörün sekonder akımı

NI Transformatörün nominal akımı

pu olarak bias akımı =NI

I



9.7.6. Transformatör Termik Aşırı Yük Koruması

Transformatörün faz iletkeninin izolasyonu sargılardaki sıcaklık dizayn

sınır değerlerinin üzerine çıkarsa hızla eskir. Isı transformatörün

RI .2 ifadesiyle verilen ve ısıya dönüşen aktif kayıpları nedeniyle yükselir.

Sıcaklık artışları aşagıdaki şekilde gösterildiği gibi zamanın fonksiyonu

olarak gelişir.

Şekil 9.72

9.7.9.1. Gaz etkisiyle çalışan röleler

Kötü bağlantıların ve sac paket yalıtım bozukluklarının, yerel ısınmalar

doğurmaktadır. Transformatör yağı 2100C sıcaklıkta ayrışarak gaz ortaya

çıkarması bu durumu tespit eden rölelerin imal edilmesini sağlamıştır.

Buchholz Rölesi

Transformatörün içinde bir arıza yavaşca ortaya çıkarsa yerel ısınmalar

meydana gelerek katı ve sıvı malzemeleri ayrıştırması sonucu yanıcı gazlar

meydana getirir. Buchholz rölesinde belirli bir miktar gaz biriktiğinde



alarm sistemi çalışır. Rölede toplanan gazın analizi arıza cinsi ve yeri

hakkında bir göstergedir. Toplanan gazın cinsi hidrojen ve asetilense yapı

parçaları ve yağda ark, hidrojen asetilen ve metan ise pertinaks

yalıtımında bozulma sonucu ark (örneğin kademe değiştiricide), hidrojen,

asetilen ve etilen ise sac paket bağlantılarında sıcak nokta,hidrojen astilen

ve propilen ise sargılarda sıcak nokta olduğu sonucuna varılır.

Buchholz rölesi ile bulunan diğer arızada demir çekirdekte meydana gelen

akımların kendilerine yol bulmaları ile demir parçalar arasında ark

oluşmasıdır. Bu çeşit arklar, demirin hasara uğramasına sebep olduğu gibi

yağın ağırlaşıp çamurlaşmasına da yol açar.

Şekil 9.73.



Transformatör ilk servise girdiği zaman, eğer yağ doldurulması sırasında

yeterli vakum uygulanmamış ise, sargılar arasında sıkışan hava, Buchholz

rölesinde toplanarak yanlış açmalara sebep olur. Eğer toplanan gaz yanıcı

değilse rölenin yanlış açtığı kanaatine varılır.

Yağ içinde bir sargı arızası olursa ark, çok hızlı bir şekilde gaz üretir.

Üretilen bu gaz, yağ içerisinde bir yürüyen dalga oluşturur. Buchholz rölesi

alt kontaklarının bağlı olduğu klape bu dalgadan etkilenerek açma

kumandası verir.

Buchholz rölesinde alt klape ayrıca şamandra ile donatılmıştır. Bu

şamandra yağın birden akıp gitmesi halinde açma yaptıracağı gibi, yağ

pompalsrının çalışmasında ortaya çıkan yağ dalgalarının amortize

edilmesine de yardımcı olur.

Ani Basınç Rölesi

Yağ genişleme kazanı yerine azot gazından gaz yastığı olan hermetik

transformatörlerda Buchholz rölesi kullanmak imkansız olduğu için yağ

kazanına monte edilen ve basıncın artma hızı esasına göre çalışan ani

basınç röleleri kullanılır. Diyaframın iki tarafındaki basınç, alttaki delik ile

eşit hale getirilmiştir. Ani basınç artmasında diyaframa gelen darbe etkisi

ile kontaklar kapanır. Burada etkili olan yağ basıncı değil basıncın artma

hızıdır. Şekildeki rölede diyafram transformatördan metal körük ile

ayrılmış ve silikon yağı içerisine yerleştirilmiştir. Böylece elde edilen sistem

basınç yükselmesi ile ters orantılı bir açma karakteristiğine sahiptir. Bu

karakteristik ile mekanik darbeler halinde yanlış açmalar önlenmiş olur. Bu

koruma üniteleri bakım şartları göz önüne alınarak kazanın alt bölümüne

yerleştirilmiştir.



Gaz etkisi ile çalışan rölelerde ortaya çıkan problemler.

Civa kontakların çok hassas ayar edilmesi halinde boruya yapılan

mekanik darbeler ,yer sarsıntısı kademe değiştirici çalışması ve

büyük dış arızalarda, ayrıca manyetik akımın sebep olduğu

titreşimler yanlış açmalara neden olabilir.

Buchholz rölesinde en küçük çalışma süresi 0,1 saniye ve ortalama

0,25 saniyedir. Bazı haller için bu süre yavaş sayılır.Ani basınç

röleleri sadece büyük arızalarda Buchholz rölesinden daha hızlıdır

9.7.7. Transformatör Korumaları ile ilgili Örnekler

Şekil 9.74.



Şekil 9.75..Yüksek Güçlü OG/AG Transformatör koruması

Şekil 9.76. Düşük güçte YG/OG transformatör koruması



Şekil 9.77. Yüksek güçlü YG/OG transformatör koruması



9.8 Jeneratör Koruması

Jeneratörlar yüksek yük faktöründe anormal çalışma şartlarının belirlenen

miktarlarına izin verilecek şekilde, uzun yıllar işletmede kalması dikkate

alınarak; yani yüksek yük faktörleri göz önüne alınarak dizayn edilir.

Jeneratörü tahrik eden makina, jeneratör ve yardımcı elemanları anormal

şartların bozucu etkilerini minimuma indirmek veya korumak korumak için

sürekli izlenirler. İzlemeye rağmen elektrik ve mekanik hatalar meydana

gelir ve jeneratör sistemi koruma röleleri vasıtasıyla korunur. Hata

meydana geldiğinde makina sistemden ayrılır ve eğer gerekli ise

durdurulur.

Koruma röleleri aşağıda belirtilen genel ortak özelliklere sahip olmalıdır.

Montajda ve bağlantılarda geniş esnekliğe sahip olması gerekir.

Böylece kullanıcı için çıkış fonksiyonlarının sayısında ve diğer röle

bağlantıları için uygunluk sağlanır. Açtırma ve dış sinyalizasyon

için yeterli ve gerekli kontak sayısına ve özelliklerine sahip

olmalıdır.

Modifikasyonun ve ilavelerin kolaylıkla yapılabilmesine imkan

sağlamalıdır.

Ölçü devrelerinde akım transformatörünün yükünün ve

satürasyonunun azaltilması için düşük tüketim değerine sahip

olmalıdır. Bunun için en uygun olanı mikro prosesörler ve

elektronik rölelerdir.

Bakım testleri için test sistemi basit olmalıdır.



Yedek parça adedi diğer koruma röleleri ile aynı tipte olmalıdır.

Bu nedenle bir istasyonda aynı tipten koruma rölelerinin tesis

edilmesi tesis işletme sürekliliği açısından çok önemlidir.

Açtırma röleleri koruma röleleri gibi gerekli sayıda boş kontağa

sahip olmalıdır. Manyetik tutuculu kilitleme röleleri elektriksel

veya elle resetleme sistemine sahip olmalıdır. Eğer herbir koruma

rölesi ayrı bir açtırma rölesi ile donatılmışsa koruma şemaları

buna göre düzelltilmelidir.

Her bir koruma rölesi, başlama, açtırma, hatalı fazı bildiren

ikazlarla donatılmalıdır. Dış fonksiyonlar için yeterli sayıda boş

kontaklara sahip olmalıdır.

9.8.1. Jeneratör ve Jeneratör-Transformatör Üniteleri

için

Koruma Röleleri

9.8.1.1. Strator toprak hata koruması

Şekil 9.78: Stator toprak hata koruması



Bir çok ülkede yapılan ortak uygulama jeneratörün nötrü toprağa

maksimum toprak akımı 5-10 Amper olacak şekilde direnç üzerinden

bağlanır. 1A’den daha küçük toprak hata akımı meydana getirecek

söndürme bobini üzerinden de topraklanabilir. Her iki durumda da aralıklı

toprak hatası esnasında stator sisteminde meydana gelebilecek transiyen

gerilimler kabul edilebilir sınırlar içinde olmalıdır ve birkaç saniye içinde

açılan toprak hataları, stator çekirdeği levhalarında ihmal edilebilir

zaralara sebep olurlar.

Jeneratör topraklama direnci normal olarak yüksek gerilim tarafında bir

toprak hatası halinde ünite transformatörünun yüksek gerilim tarafından

transfer edilen nötr gerilimini jeneratör nominal faz geriliminin%2-3

değerinde sınırlandırır.

Stator sargı olukları ve stator çekirdeği arasındaki kısa devreler

jeneratörlerde sıklıkla yaşanan ortak hatalardır. Hata genellikle mekanik,

izolasyon malzemesinde termik hasarlanmalar veya stator çekirdeği

üzerindeki antikorona boyası üzerindeki hasarlar nedeniyle başlar. Normal

olarak algılanması çok zor olan sarım hataları çok çabuk olarak toprak

hatasına dönüşür ve stator toprak hatası koruması vasıtasıyla devre dışı

edilir. Mekanik hasarların sebep olduğu toprak hataları jeneratör

nötrünün yakınlarında meydana gelir.

%95 Stator toprak hata koruması

Birçok ülkede maksimum toprak hata akımı 5-10 Amper olacak şekilde

jeneratörün nötrü direnç üzerinden topraklanır. Toprak hata akımını 1

Amperden aşağı değerde tutan söndürme bobini üzerinden de

jeneratörün nötrü topraklanır. Her iki durumda da fasılalı toprak

hatalarında stator sistemindeki transiyen gerilimler standartların

belirlediği sınırlar içinde tutulur ve çok kısa bir sürede giderilen toprak

hatasında stator çekirdeğinin levhalarında ihmal edilebilir seviyede küçük

hasarlar meydana gelir.Yüksek gerilim tarafında meydana gelebilecek



ünite transformatörünün yüksek gerilim tarafından transfer edilecek nötr

gerilimini jeneratör nominal faz gerilimini %2-3 değerinde jeneratör

topraklama direnci sınırlandırır.

Şekil 9.79:

Stator demir çekirdeğinde ve stator oluklarındaki sargılar arasındaki kısa

devre, jeneratörde en fazla sıklıkla meydana gelen ve algılanması zor olan

ortak elektriksel hatalardandır. Hata normal olarak izolasyonda termik ve

ya mekanik hasarlarla başlar ve hemen toprak hatasına dönüşür sonuçta

stator toprak hatası, koruma sistemi vasıtasıyla devre dışı edilir ve



durdurulur. Mekanik hasarların sebep olduğu toprak hataları jeneratör

nötrnün yakınında oluşabilir.

%100 Stator toprak hata koruması

Şekil 9.80:

Jeneratör çalışırken ve nötr yakınlarında herhangi bir toprak hatası

bulunmadığında 3. harmonik rölesi (2) ve gerilim kontrol rölesi (4) aktif

durumda olup (b) kontağı açıktır. Jeneratör nötrüne yakın yerde bir toprak

hatası meydana geldiğinde 3. harmonik gerilim rölesinin (b) kontağı

kapanır, alarm verir veya açtırma yapar. Gerilim kontrol rölesi jeneratör



durduğunda veya makina çalışırken veya yavaşlarken %100 rölesinin hatalı

çalışmasını önler.

Doğrudan dağıtım baralarına bağlanan jeneratörlerde seçici stator

toprak hata koruması, nötr noktası gerilim rölesi kullanılarak

gerçekleştirilemez.

9.8.1.2 Yönsüz toprak hata akımı rölesi

Şekil 9.81: Yönsüz toprak hata akımı rölesi



Akım birçok durumlarda 1-2 Amper değeri gibi primer işletme akımında

toprak hata rölesini seçer ve düşük yüklenme kullanılarak koruma

sağlanabilir. Dış hatalara ve faz kısa devrelerinde güvenilir röle

stabilitesini sağlamak için nötr gerilimi (3) kontrol ve empedans (2) veya

jeneratör aşırı akım rölesinin kontağı sisteme dahil edilir. Gecikme tipik

olarak 0,3-0,5 saniye olacaktır. Makinanın nötrüne bir topraklama direnci

yerleştirilmişse, Rezidüel bağlantılı akım transformatörlerile aynı tipte ve

aynı çevirme oranında bir akım transformatörü(5) jeneratörun nötrünü

endükleyici olarak mutlaka bağlanmalıdır.

Bir ortak topraklama direnci (Alternatif 1) bağlanması birden fazla makina

baraya bağlanmışsa tavsiye edilir.

9.8.1.3 Yönlü toprak hata rölesi

Şekil 9.82: Yönlü toprak hata akımı rölesi



Yönlü aşırı akım rölesi rezidüel bağlı akım transformatörüne nötr noktası

gerilimi polarize edilmiş gerilim transformatörlerine bağlanmış olup

jeneratör için seçici toprak hata koruması sağlanmıştır. Röle makinada

oluşacak bir toprak hatası halinde baradan jeneratöre akan toprak hata

akımının kapasitif veya aktif (rezistif) bileşeninde çalışacak şekilde

ayarlanır. Dış toprak hatası halinde röle hat-toprak kaçak kapasitanslarının

neden olduğu kapasitif akımlardan ve nötr noktası direnci üzerinden

geçen rezistif akımlardan dolayı aktif hale geçmez.

9.8.1.4. Faz kısa devre koruması

Jeneratör teminalleri arasında veya stator sargılarının fazları arasında kısa

devre meydana geldiğinde hasarı sınırlandırmak için makina süratle

şebekeden ayrılır ve tamamen kapatılır. Ünite transformatörlerinde veya

ünite transformatörlerinin yüksek gerilim faz sargılarında faz kısa

devrelerinin meydana gelmesi durumunda jeneratör ünitesi süratle

şebekeden ayrılır.

İstatistikler göstermiştir ki jeneratör veya jeneratör-transformatör

ünitelerinde faz kısa devre hataları nadiren meydana gelir. Bu tip hatalara

karşı korumada bilinen teknik 5-10 MVA gücünden büyük jeneratörler için

diferansiyel röleler vasıtasıyla korumadır. Yedek veya geri koruma olarak

empedans rölesinin bir tipi veya aşırı akım tetiklemeli düşük gerilim rölesi

kullanılır. Diferansiyel korumasız küçük üniteler de empedans rölesi veya

gerilim/akım röleleri ana koruma için kullanılır. Aşırı akım röleleri sürekli

hata akımının yeteri kadar yüksekse emniyetli bir işletme için kullanılabilir.

9.8.1.5. Jeneratörün diferansiyel koruması

Modern jeneratörlarde kısa devre akımında doğru akım bileşenin zaman

sabiti büyüktür ve tipik olarak 200 mili saniyeden çok daha fazladır. Dış



kısa devrelerın meydana gelmesi durumunda akım tranformatörlerinin

satürasyon olma riski ortaya çıkar. Akım transformatörü fazla satürasyona

uğrasa bile jeneratör diferansiyel rölesinin stabil kalması çok önemlidir.

Şekil 9.83: Yüksek empedans ölçüm prensibi

Küçük ve orta güçlü jeneratörler için diferansiyel rölenin yüksek

empedans stabilize tipi kullanılmalıdır. 250 veya 300 MVA gücünden daha

fazla güce sahip transformatörlerde oransal (%) stabilize orta empedans

tipi diferansiyel röle kullanılır. Her iki tip de dış kısa durumunda hızlı

işleyen yüksek hassasiyette akım transformatörü tam satüre olsa dahi

tamamen stabil rölelerdir.

Jeneratörün üzerindeki ve hat tarafındaki akım transformatörleri aynı

sarım oranlarında ve aynı mıknatıslama karakteristiklerinde olacaktır.

Normal işletme şartlarında ve dış anahtarlarda satüre olmamış akım

transformatörlerinde reU röle ölçü devresi boyunca gerilim ihmal edilir.



Dış akım hatası meydana geldiğinde akım transformatörlerinden birisi

diğerine göre daha fazla satüre olabilir. En kötü durum eğer akım

transformatörlerinden birisi tamamen satüre olması diğerinin ise satüre

olmadığı durumlarda meydana gelir.

Röle boyunca maksimum gerilim,

LCTS RRIU RSSI .max olacaktır.

SI SS Simetrik subtransiyen kısa devre akımı

LR Akım transformatörü ve röle arasındaki bağlantı hattının direnci

LR Satüre olan akım transformatörünün sekonder sargısının direnci

Röle işletme gerilimi maxU değerinden daha yüksek bir değere ayarlanır.

Minimum işletme akımı ise röle gerilim ayar değerine akım

tranformatörlerinin akım oranına ve mıknatıslama karakteristiklerine

bağlıdır.

İç hata için, röle çalışma akımına eşit veya daha yukarı değerde hata

akımında röle boyunca gerilim akım transformatörünün tam satürasyon

gerilimine ulaşmalıdır.

Şekil 9.84: Jeneratör diferansiyel koruma prensip diyagramı



Rd ve RS röleleri iç hata halinde 1ms den daha kısa bir zamanda

çalışırlar. Eğer Rd ve RS rölerinin çalışması 0.4 ms’den daha uzun sürede

olursa bu durumda emniyet açısından 1) ile gösterilen darbe rölesi çalışır

ve bundan dolayı iç hata halinde akım transformatörünün satüre

olmasının etkisi kaldırılmış olur.

Röle minimum çalışma akımı jeneratör nominal akımının %3 den aşağı

değere ayarlanır. Dış hata halinde akım transformatörleri satüre olursa,

diferansiyel devrede belirli değerde dI akımı akar.

3T

d

I

I oranının

ayarlanan stabilite sınırının altında (normal olarak %20) röle stabil kalır.

3T

d

I

I oranı satüre olmuş akım transformatörlü devrenin direncinin

diferansiyel devredeki dirence oranı olarak belirlenir.

9.8.2. Jeneratör Koruması için tavsiye edilen ayar

değerleri

Aşırı yüklenme koruması

Aşırı yük koruması ANSI 51, ayar şekli ters zamanlı aşırı yük açtırma eğrisi

Termal aşırı yük ANSI 49RMS, ayar şekli Jeneratörün işletme

karakteristiğine göre maksimum kapasite kullanımı nominal kapasitenin

%110-120

RTD koruması, ANSI 49T, jeneratörün izolasyon termal sınıfına bağlı

15. Bölümde daha detaylı irdelenmektedir.



9.9. Motor Koruması

9.9.1. Termik Koruma

ANSI 49 motor koruması çok önemli bir koruma fonksiyonudur. Motorun

ve motor izolasyonun sıcaklığı motorun çalışma ömrünü belirler. Küçük

güçlü motorlarda termik aşırı akım röleleri ile bu fonksiyon sağlanır. Büyük

motorlarda ise sargılardaki sıcaklıkların algılanması için stator sargılarına

yerleştirilen direnç sıcaklık algılayıcıları RTD [:Resistance Temperature

Detector] ile doğrudan algılanır.

9.9.2. Rotor Blokaj Koruması

Termik korumaya çok yakın bir korumadır. Rotor blokaj koruması aşırı

akım korumasında kullanılan rölelerin aynısı kullanılarak sağlanır. Motor

devreye alındığında motor yüksek değerde yol alma akımı çektiğinden

motorun ve motorun sargılarında önemli derecede sıcaklık artışları olur.

Motor hızlandıkça yol alma akımı motorun nominal akım değerine doğru

azalır. Eğer motorun rotoru sıkışma veya herhangi bir nedenle

hızlanamazsa rotor blokaj akımı çekilmeye devam eder ve bu durumda

motor devreden ayrılmazsa motorda kalıcı hasarlanma ortaya çıkar veya

motor tahrip olur. İmalatçılar imal edilen motorların yol alma akımı yani

rotor blokaj akımı maksimum süresini kataloglarında belirler. Büyük

motorlarda rotor blokaj koruması, özel aşırı akım zaman röleleri ile

gerçekleştirilir.

9.9.3. Aşırı Akım Korumaları

Gücü 250 BG den düşük motorlarda aşırı akım korumaları ANSI 50/51

genellikle motor devre koruyucuları veya sigortalarla sağlanır.



9.9.4. Toprak Hata Korumaları

ANSI 50GS ise nötrü direkt direkt olarak topraklanmış şebekelerde kesici

üzerinden nötrü yüksek direnç üzerinden topraklanmış şebekelerde ise

toprak hata algılayıcıları tarafından gerçekleştirilir.

Yüksek güçlü OG motorlarında aşırı akım hata koruması ANSI 50/51

genellikle faz aşırı akım zaman röleleri veya ani aşırı akım röleleri

tarafından kesiciye açtırma yaptırılarak sağlanır. Toprak hata koruması için

büyük motorlarda koruma sisteminin nötrü düşük direnç üzerinden

topraklanan sistemlerde ANSI 50G koruma fonksiyonlu toprak hata rölesi

ile donatılması tavsiye olunur.

9.9.5. Düşük Gerilim Koruması

Şebekedeki düşük gerilimler sürekli çalışma şartlarında motorlardan

yüksek akımların akmasına sebep olur. Düşük gerilim koruması

fonksiyonlu ANSI 27 düşük gerilim röleleri gerilimin belirlenen seviyenin

altına düşmesi veya gerilimin kesilmesi halinde motoru besleme

şebekesinden ayırır. Aşırı Gerilim Koruması Açma-kapama işlemleri

esnasında meydana gelen veya yıldırımdan dolayı motorun izolasyonuna

hasar verebilecek kadar büyüklükte olan gerilim darbelerine karşı

motorlar parafudrlarla korunurlar.

9.9.6. Motorun Diferansiyel Koruması

Bu koruma motor sargılarının birbirine veya gövdesine karşı oluşan iç

hatalar ve toprak hatalarına karşı hızlı ve etkili korumadır. Diferansiyel

koruma ANSI 87M fonsiyonuna sahip diferansiyel röle motorun her bir



sargısına giden akımı karşılaştırarak akımlar arası fark belirlenen değerin

üstünne çıktığında motoru devreden çıkarır.

9.9.7. Akım Dengesizliği Koruması ANSI 46

Eğer hata akımları arasındaki fark belirlenen değerin üstüne çıktığında

motoru devreden ayıran koruma şeklidir. Gerilim dengesizliğinden

kaynaklanan dengesiz akımlar motorda yüksüz halde bile ciddi ısınmalara

yol açar.

9.9.8. Motorda Meydana Gelebilecek Hata Tipleri

Tahrik edilen makinanın yüklemesinden dolayı meydana gelen hatalar

Aşırı yükler: eğer aşırı yüklenmeden dolayı güç çekişi nominal

güçten daha büyük olursa motordan çekilen aşırı akım ve

kayıpların artmasından dolayı motorun ve motor sargılarının

sıcaklıklarında yükselme meydana gelir.

Yol alma süresinin aşırı fazla olması ve yol verme sıklığının

gereğinden fazla olması: motorlar yol alırken belli bir süre

akmasına izin verilen önemli büyüklükte aşırı akımlar çekerler.

Tahrik edilen makinanın yüklenme momentine göre yetersiz

momente sahip motordan dolayı yol alma süresi çok uzun olursa

veya motora sık sık yol verilirse, sakınılması şart olan yüksek aşırı

ısınmalar meydana gelir.

Rotor Blokajı: motorun tahrik ettiği makinanın blokajından dolayı

dönme ani olarak durursa motor yol alma akımı çeker ve sıfır

hızda bloke edilmiş olarak durur. Hiç bir şekilde motorun



soğutmasını sağlayacak havalandırma olmadığından aşırı ısınma

çok çabuk meydana gelir.

9.9.9. Besleme Sistemi Hataları

Beslemenin kesilmesi: motoru tahrik ettiği makinanın ataleti

yüksek olduğu zaman motorun jeneratör gibi çalışmasına sebep

olur.

Gerilim çökmesi: motorun momentini ve hızını azaltır, akımın ve

kayıpların artmasına ve sonuçta anormal ısı artışlarına sebep olur.

Dengesizlik: 3-fazlı şebekede dengesizlik aşağida belirtilen

sebeplerden dolayı meydana gelir.

1. Transformatör ve jeneratör gibi 3-fazlı kaynaklardan

simetrik 3-fazlı gerilim elde edilememesi

2. Diğer tüketicilerden dolayı simetrik yüklenmenin

sağlanaması ve buna bağlı olarak güç temin sisteminde

dengesizliğin meydana gelmesi

3. Fazlardan birindeki sigortanın atmasından dolayı motorun

iki faz tarafından beslenmesi

4. Motorun dönüş yönü değiştirilirken fazlardan biriniin ters

edilmesi gibi...

Güç temin sistemindeki dengesizlik kayıpların çok yükselmesine ve buna

bağlı olarak rotorun hızlı aşırı ısınmasına sebep olan negatif bileşen

akımlarını meydana getirir.



9.10. Motorun İç Hataları

9.10.1 Faz –faz kısa devreleri:

Subtransiyent Akım ve Koruma ayarları

Motor un yol alma esnasındaki subtransiyent akımın tepe değeri çok

yüksek değerlere çıkar . Tipik değer olarak motor nominal akımının 12-15

katına ulaşır.Bazen bu değer, motor nominal akımının 25 katına ulaşabilir.

Ancak bu değer, hiçbir zaman motorun bağlantı terminallerinde meydana

gelebilecek sübtransiyen kısa devre akımının tepe değerini aşamaz. Bu

nedenle motorlara yol vermede kullanılan kontaktör ve termik röleler, çok

yüksek subtransiyen akım tepe değerine örneğin motorun nominal akım

RMS değerinin 20 katına dayanabilecek kapasitede olmalıdır.

Yol verme esnasında aşırı akım kısa devre koruma cihazlarında

beklenmeyen açma kumandaları görülürse yol alma akımları normal

sınırların üzerinde bir değeri haizdir. Ancak yukarda da açıklandığı gibi

sübtransiyen akım, motorun terminallerinde meydana gelebilecek

subtransiyen kısa devre akımının tepe değerini aşamayacağından

istenmeyen açtırmaları önlemek amacıyla motora ait ve motorun

bağlandığı sistemin diğer bölümlerindeki aşırı akım kısa devre koruma

cihazlarının açtırma eşik değerleri bu tepe değerlerin üzerinde bir değere

ayarlanır.

Ayrıca sistemin çalışma ömrü de göz önüne alınarak söz konusu akımların

neden olduğu çabuk eskimeyi ve tahribatları önlemek amacıyla yol verme

elemanlarının meydana gelebilecek sübtransiyen akımın tepe değerine

göre boyutlandırılması ve seçilmesi şarttır.



9.10.2. Aşırı Gerilimlere Karşı Koruma

9.10.2.1 Aşırı Gerilimler

Aşırı gerilimler 3-tipdir.

Geçici

Devreye girme esnasında meydana gelen aşırı gerilimler

Yıldırıma bağlı aşırı gerilimler

Geçici aşırı gerilimler

Çeşitli orjinleri vardır.

İzolasyon hatası; nötrü izole ve nötrü empedans veya direnç

üzerinden topraklanan şebekelerde faz ile toprak arasında bir

izolasyon hatası meydana geldiğinde sağlam fazların toprağa karşı

gerilimi faz arasıdeğere çıkar.

Ferrorezonans

Nötr iletkeninin kopması

Generatör gereilim regülatöründe veya transformatörün kademe

değiştiricilerinde meydana gelen arızalar.

Reaktif gücün aşırı kompanzasyonu

Devreye girme aşırı gerilimleri

Aşağıda belirtilen şekilde çeşitleri vardır.

Normal yükte devreye girme aşırı gerilimleri



Düşük endüktif akımların devreye sokulup çıkartılması esnasında

meydana gelen aşırı gerilimler

Yüksüz hatlar ve kabloların devreye alınması sırasında meydana

gelen aşırı gerilimler

Yıldırım aşırı gerilimleri

Fırtınalı havalarda oluşan doğal bir olaydır.

Gerilim değişimleri ve oynamaları: Nominal gerilimin %10 dan küçük

büyüklüklerde gerilimin efektif değerinin değişmesidir. Gerilim oynamaları

ise gerilim zarfının içindeki gerilim değişimleridir.

9.10.3. Motordaki Hatalar. Stator ve rotor sargı hatası

Bir elektrik motorunda stator sargısı vernikle izolasyonu yapılmış bakır

iletkenlerden meydana gelmiştir. Sargı izolasyonunda oluşan bozulma faz-

toprak, faz arası-toprak fazlar arası sürekli kısa devreye yol açar.

Şekil 9.85. Stator sargılarında meydana gelen izolasyon hatası



Şekil 9.85’deki hata yüzeysel elektrik deşarjlarına ve gerilim darbelerine,

termik ve mekanik etkilere vibrasyona yol açar.

İzolasyon hataları rotor sargılarında da aynı sonuçları meydana getirir.

Motor sargılarındaki hataların ortak nedeni aşırı ısınmadır. Sargılardaki

güç dalgasının yol açtığı aşırı yüklenmeden dolayı motor sıcaklığında bir

yükselme meydana gelir.

Şekil 9.86 birçok imalatçının ürettiği motorlardaki izolasyon direncinin

sıcaklıga göre değişimini göstermektedir. Sıcaklık arttığında, sargı

izolasyon direnci azalacaktır. Motor sargılarının ömrü böylece çok

kısalacaktır.

Şekil 9.86. İşletmeye bağlı olarak motor sargılarının ömrü

Bu nedenle aşırı yüke karşı koruma yapmak motor sargı izolasyonun

yıpranmasını önlemek açısından zorunludur.

Şekil 9.87. İzolasyon direncinin sıcaklığa göre değişimi



9.11. Motorlarda Dış Etkilerin Neden Olduğu

Hatalar

9.11.1. Motor beslemesi ile ilgili hatalar.

Gerilim Darbeleri

Gerilim girişi standartlarda belirlenen tepe değerini aşması durumuna

gerilim darbesi denir.

Geçici veya kalıcı aşırı gerilim (şekil 9.88) farklı orjinlere sahiptir.

- atmosferik (yıldırım)

- elektrostatik deşarj

- Aynı kaynaga bağlanan diğer alıcılar

Şekil 9.88. Gerilim darbesi



Tablo 9.3. Dış hatalar

Gerilim darbeleri çoğunlukla motorların tahrip olmasına yol açar.

Fazlarda dengesizlik

3-fazlı sistem, 3 faz gerilimlerin büyüklüğü eşit değilse veya faz açıları 1200

den farklı ise dengesiz bir sistemdir.

Dengesizlik (Şekil 9.89) motorlarda bir fazın açılması veya besleme

sisteminde olan dengesiz yüklenme veya dengesiz empedanslar sonucu

ortaya çıkar

Şekil 9.89. 3-faz dengesiz gerilimler.



Dengesizlik aşağıda verilen eşitlikten yaklaşık olarak hesap edilebilir.

ORT

ORTMAX

UUU

kDengesizli .100% veya

ORT

MINORT

UUU

kDengesizli .100%

MAXU En yüksek gerilim

MINU En düşük gerilim

3321 UUU

UORTUUU

3-faz gerilimlerin ortalama değerleri

Besleme sistemi gerilimlerindeki dengesizl,ik sonucunda aynı moment

değeri için akım artısı meydana gelir ve motorda aşırı ısınmaya yol açar.

Tablo 9.4. Motor işletme karakteristiği üzerinde gerilm dengesizliğinin etkisi

IEC 60034-26 gerilim dengesizliğinde motor azaltma faktörü için şekil

9.90’da verilen azaltma faktörlerini belirlemiştir. Bu dengesizlik, boyutları



dikkate alınarak aşağıdaki şekilde verilen azaltma faktörlerine göre

motorların aşırı boyutlandırılması gerekebilir.

Şekil 9.90. Besleme sistemindeki dengesizliğe göre motor gücündeki azalma

faktörü

Gerilim düşümü ve kesilmesi

Gerilim düşümü (şekil 9.91) besleme noktasında gerilimin aniden

kaybolmasıdır.

Şekil 9.91. Gerilim düşümü ve kısa süreli gerilim kesilmesi



Gerilim düşümleri EN50160 standartında 50 Hz,10ms’den 1 dakika süre ile

nominal gerilimin %1 ila %90’ı arasında sınırlandırmıştır. Benzer

standartlarda kısa süreli kesilme 3 dakikadan az olmak üzere nominal

gerilimin %90 nının kaybolması olarak açıklanmıştır. Mikro seviyede

gerilim düşümü ve kesilmesi mili saniyeler mertebesinde olan

kesilmelerdir. Gerilim değişimlerine transformatörlerin enerjilendirilmesi

ve yüksek değerli motorların bağlanması gibi dış kaynaklı davranışlar

neden olmaktadır.

Asenkron motorlar üzerine etkileri

Gerilim düşümleri meydana geldiğinde, asenkron motorda moment

gerilim düşümünün karesi ile orantılı olarak aniden düşer ve gerilim

düşümünün miktarına ve süresine , döner kütlelerin ataletine ve tahrik

edilen makinanın moment hız karalteristiğine bağlı olarak motor hızında

azalmaya yol açar. Eğer motor momentinin değeri yük momentinin

değerinin altına düşerse motor durur. Kesilmeden sonra, gerilimin

düzelmesiyle, yaklaşık yol alma akımı değerinde tekrar hızlanma darbe

akımı meydana gelir.

Tesis pek çok elektrik motoruna sahipse, tüm motorlarda aynı anda

hızlanma olacağından besleme sisteminde çok yüksek değerlerde bir

gerilim düşümü meydana gelecektir. Bu ise motorların yeniden hızlanma

süresini uzatacak ve aşırı ısınmadan dolayı tesis elemanlarının

izolasyonunda yıpranma ve hatta hasarlar meydana gelecektir. Hızlı tekrar

enerjilenme (yaklaşık 150 ms) yavaşlayan motorda, motor tarafından

oluşturulan rezidüel gerilimle, kaynak gerilimi arasında faz çakışmasına yol

açacak ve ilk anda motor yol alma akımının 3 katı darbe akımı meydana

gelecektir.



Bu gerilim darbeleri ve gerilim düşümleri motorlar üzerinde aşağıda

açıklanan etkileri meydana getirecektir.

- Sargılarda tahribata yol açan ileri derecede ısınma ve elektrodinamik

zorlamalar.

- Kaplinler üzerinde anormal mekanik zorlamalar, zayıflama ve çatlaklar.

- Aynı zamanda motor kontrol ve kumanda elemanları üzerinde kontak

yapışması veya tahribatı gibi zararlara yol açan etkiler de meydana

getirirler.

Hız kontrollü motorlar üzerine etkileri

Hız kontrolleri üzerinde gerilim düşümlerinin neden olduğu problemler :

- Motorlar için gerekli gerilimin sağlanamaması bununsonucunda

momentte azalma ve motorun hızında azalma meydana gelmesi,

- Ana güç kontrol devrelerinde hatalı fonksiyonların meydana gelmesi ve

sistemin hatalı çalışması,

- Yavaşlamadan dolayı gerilimin eski değerini almasında meydana gelen

aşırı akımlar,

- Bir faz üzerinde gerilim düşümü meydana geldiğinde oluşan aşırı akımlar

ve dengesizlik.

Hız kontrollerlerinin ve soft starterlerin ana bağlantı terminal-lerindeki

gerilim düşümü, %15 i aştığında hatalı çalışırlar .

Harmonikler

Harmonikler AC motorlar üzerinde zararlı etkiler meydana getirirler.

(Konu ile geniş bilgi için 4. Cilt Güç Kalitesi bölümüne bakınız.) Ana



besleme kaynağına bağlı lineer olmayan yükler sinüsoidal olmayan

akımlar ve gerilim dalgasi üzerinde distorsiyonlar meydana getirirler.

Harmonik distorsiyon %5 in üzerinde kirlenme olduğunda problemler

meydana getirir. Elektronik güç elemanları besleme kaynağında

harmonikler meydana getirir. Eğer elektrik motoru istenen performansta

çalışmıyorsa ve hiç bir neden olmadan aşırı ısınıyorsa sistemde kuvvetli

olarak 3. harmonik etkisi vardır. Ayrıca harmonikler motorda darbe

momentlerinin artmasına ve sonuçta vibrasyonlara ve mekanik

yorulmalara yol açar.

9.11.2. Motor işletmesi sırasında meydana gelen dış

hatalar .

9.11.2.1. Motorun yol alması:

Yol alma süresinin çok uzun olası/sık olarak motora yol verme

Motorun nominal hızına ulaşıncaya kadar yol alma süresi gereken

miktarda olmalıdır. Yol alma süresi yük momentine, motor momentine ve

tahrik sisteminin ataletine bağlıdır (Konu ile ilgili geniş bilgiler 7. Ciltte

“elektrik motorlu tahrik sistemlerinin boyutlandırılması” bölümünde

verilmektedir) .

9.11.2.2. Motorun kilitlenmesi

Motorun kilitlenmesi durumunda yol alma akımıyla aynı olan aşırı akım

meydana gelir. Bu durumda ısınma, motorun çalışmamasından dolayı

havalandırma olmayacağından çok şiddetli olur. Rotorun sıcaklığı 3500C ye

kadar ulaşır.



Aşırı yüklenme (aşırı yüklenmeden dolayı motorun değerinden düşük

hızda dönmesi)

Aşırı yüklü ağır dönen motor ya nominal momentinden fazla yük momenti

ile yüklenmiştir veya mortor terminallerine nominal gerilimin %90’nından

daha düşük gerilim uygulanmaktadır yani motor terminallerindeki gerim

düşümü %10 dan daha fazladır. Akım tüketimindeki ve buna bağlı olarak

ısınmadaki artış motorun çalışma ömrünün kısalmasına hatta bu şartlarda

uzun süreli işletmede hasarlanmasına neden olur.



9.12 Kısa Devrelere Karşı Koruma

9.12.1. Genel Bakış

Kısa devre farklı elektrik potansiyelinde olan iki noktanın doğrudan

birbiriyle temas etmesidir.

- (AC) Alternatif akımda: fazlar arasında temas, faz-toprak veya faz-nötr

teması veya sargıların birbiri ile temasıdır.

- (DC) Doğru akımda: iki kutubun birbiri ile temas etmesi veya sistemde bir

kutup topraklı ise diğer kutubun toprakla temasıdır.

Yukarıda sayılan nedenlerden biri meydana geldiğinde verniklenmiş motor

sargı izolasyonu şiddetli ısınmadan dolayı sargı izolasyonu ve iletkenleri

tahrip olacak motorun manyetik devrelerinde erime meydana gelecektir.

Kısa devre mili saniyeler mertebesinde çalışma akımının birkaç yüz

katında akımların ortaya çıkmasına neden olur. Kısa devre ekipmanın ağır

derecede hasarlanmasına yol açar.

Bu davranış iki tip olarak ortaya çıkar ,

9.12.1.1. Termal davranış

Kısa devrenin akım değerine ve süresine bağlı olarak ortaya çıkan termal

etki :

- İletken kontaklarında erimeye,

- Bi metal termal elemanların tahrip olmasına,

- Elektrik arklarının oluşmasına,



- İzolasyonun yanarak toz haline gelmesi,

- Ekipmanda yangın olmasına yol açabilir.

9.12.1.2. Elektro dinamik davranış

İletkenler arasındaki elektrodinamik davranış, yoğun mekanik zorlamalar

meydana getirir:

- Motor sargılarındaki iletkenlerin deformasyona uğramasına,

- İletkenlerin izolasyon bağlantı noktalarının kopmasına,

- Kontaktörlerin kontaklarında itme ve titreşimler ve bu kontakların

eriyerek kaynak olmasına neden olur.

Bunlar malzeme ve insan hatası üzerinde çok büyük tehlikelere yol açtığı

için kısa devreyi algılayan ve akım maksimum değerine ulaşmadan, genel

olarak iki tip koruma cihazı kullanılır. Bunlar :

- eriyerek devreyi kesen ve hata giderildikten sonra sağlam olan yenisi ile

değiştirilen sigortalar,

- otomatik ve ani olarak devreyi kesen ve hata giderildikten sonra

resetlenerek tekrar kapatılabilen manyetik kesicilerdir.

Kısa devre cihazları motor yol vericileri ve kontaktor kesicilerinde olduğu

gibi çok fonksiyomlu olarak yapılabilirler.

Açıklamalar ve Karakteristikler

Kısa devreye karşı koruma cihazlarının ana karakteristikleri :



- kesme kapasitesi: Verilen gerilim değerinde kısa devre cihazının

kesebileceği tahmin edilen akımın en yüksek değeri yani meydana

gelebilecek en yüksek kısa devre akımı,

- kapama kapasitesi: Belirlenen şartlarda nominal gerilimde koruma

cihazının ulaşabileceği en yüksek akım değeridir. Kapama değeri tablo

9.5’de verildiği gibi kesme kapasitesinin k katıdır.

Tablo 9.5. IEC 60947-2 ye göre kesiciler için kesme ve kapama kapasiteleri

9.12.2. Sigortalar

Sigortalar küçük yer kaplamakla beraber yüksek kesme kapasiteli tek fazlı

açma yapan koruma cihazlarıdır. Sigortalar:

- Sigorta tutucuları üzerine veya

- Ayırıcılar üzerine yerleştirilirler. (Şekil 9.92) .

Sigortalar üzerindeki açma göstergeleri vasıtasıyla hangi faza ait sigortanın

eridiği belirlenir.



Şekil 9.92. Sigortalı ayırıcilar

Sigortalar motorun yol verme sırasında çekeceği yol verme akımına yol

alma süresi boyunca dayanabilecek şekilde seçilmelidir. Sigortalar aşırı

yüke karşı koruma için uygun olmayıp (gG sigortalar hariç) mutlaka motor

devresine aşırı yük rölesi eklenmelidir. Genelde motorun tam akım

değerinin üstünde boyutlandırılırlar.

9.12.3. Manyetik Kesiciler

Bu kesiciler her bir faza yerleştirilen manyetik tetikleyiciler vasıtasıyla

çalışan kesme kapasiteleri sınırları içinde koruma yapan cihazlardır. (Şekil

9.93)

Şekil 9.93. Manyetik kesiciler.



Manyetik kesiciler 3-kutuplu açma yapan cihazlar olup fazlardan biri

açtırma yaptığında kutupların tamamı açılır. Düşük değerde kısa devre

akımlarında kesiciler sigortalardan daha hızlı açma yaparlar.

Kısa devrenin uygun bir şekilde kesilmesi için aşağıda açıklanan 3-şartın

yerine getirilmesi gerekir.

- Hata akımının erken algılanması,

- Kontakların hızlı bir şekilde ayrılması,

- Kısa devre akımının çabuk söndürülmesi...

Motor korumalarında kesicilerin çoğu koruma koordinasyonuna katkı

sağlaması için akım sınırlandırma elemanı ile donatılırlar. (Şekil 9.94) .

Şekil 9.94. Manyetik kesicinin açtırma eğrileri



Burada çok kısa kesme süresinde kısa devre akımı maksimum değerine

ulaşmadan kesilir. Böylelikle ekipman üzerinde ve bağlantı elemanlarında

termal ve manyetik zorlamalar minimuma indirilir.

9.12.4. Aşırı Yüke Karşı Koruma

Genel bakış

Aşırı yüklenme motorlarda ortaya çıkan en genel hatadır. Motorun

nominal akımın üstünde akım çekmesi ve aşırı ısınmasıyla ortaya çıkar

.Izolasyon kategorisi normal motor için 400C ortam sıcaklığında belirlenir.

İşletme sınırlarının aşılması izolasyon malzemesinde erken yıpranmaya yol

açar ve malzemenin çalışma ömrünü kısaltır. Bundan dolayı bu etkileri, sık

sık ortaya çıktığı durumlarda zararlı etkileri ortadan kaldırmak için gereken

tedbirler alınmalıdır.

Aşırı yüke karşı uygun korumayı sağlamak için aşağıda verilen işlemler

gereklidir :

- Aşırı ısınma şartlarında koruma sağlayarak motorun çalışma ömrünü

muhafaza etmek.

- Motorun aniden durdurulmasını önleyerek işletme sürekliliğini

sağlamak.

- Açılmadan sonra gerekli düzenlemeleri yaparak insan ve ekipman için en

uygun şartları sağlamak.

Gerçek işletme şartları göz önüne alınarak motorun gerçek işletme

değerlerini belirlemek ve buna uygun aşırı koruma elemanı ile donatmak

gereklidir. Normal şartlar altındaki işletme değerleri imalatçı

kataloglarından belirlenir.



Tablo 9.6. İşletme şartlarına göre motor gücündeki azaltma faktörleri

Gerekli koruma seviyesine bağlı olarak aşırı yük koruması aşağıda

açıklanan röleler vasıtasıyla sağlanır:

- Aşırı yük, termal (bimetal) veya elektronik röleler,

- Her bir faz üzerinden çekilen akımı kontrol ederek yapılan aşırı

yük koruması,

- Dengesizlik ve faz kaybı koruması,

- PTC pozitif sıcaklık katsayılı temistor prop röleleri,

- Aşırı moment röleleri,

- Çok fonksiyonlu röleler.



9.12.4.1. Aşırı yük röleleri (termal ve ya elektronik)

Genel

Bu röleler motoru aşırı yüke veya yüklenmeye karşı korur fakat geçici aşırı

yüklenmelerde, yol almalarda açma yapmayıp işletmede sürekliliği

sağlamalıdır. Kullanıma bağlı olarak, motor yol alma süresi düşük yol alma

başlangıç yüklerinde veya yüksüz yol almalarda birkaç saniyeden, yüksek

yük momentli ve yüksek ataletli sistemlerde yarım ile bir dakika

mertebeleri arasında olur.

Bu nedenle yol alma zamanına göre rölelerin uyumunu sağlamak amacıyla

IEC 60947 -4-1 de aşırı yük röleleri tablo 7’de verilen şekilde kategorilere

ayrılmıştır.

Tablo 9.7: IEC 60 947-4-1 e göre aşırı yük rölelerinin ana kategorileri

Röleler motorun nominal akımı ve tahmin edilen yol alma süresi göz

önüne alınarak boyutlandırılır. Kullanım sınırları zaman ve nominal akımın

çarpımı şeklinde akım ayar değerleri esas alınarak şekil 9.95’de verilmiştir

.



Elektronik rölelerin haricinde bu röleler, termal hafızaya sahiptir ve

- yük ile seri bağlanırlar veya

- yüksek güç değerlerinde akım transformatörlerı üzerinden bağlanırlar.

Şekil 9.95. Aşırı yük rölesinin açtırma eğrileri

Bi-metal termal aşırı yük rölesi

Şekil 9.96. Bi-metal aşırı yük rölesi ve sembolik gösterilişi



Bu röleler kontaktöre motoru korumak için bağlanırlar ve uzun aşırı

yüklenme durumunda motorları korurlar. Yol alma sırasında herhangi bir

açma yapmaksızın motorun çalışmasını sağlarlar. Ancak kuvvetli aşırı

akımlara karşı koruma, kesiciler veya sigortalarla yapılmalıdır.

Termal aşırı akım rölesinin işletme prensibi bi-metal yani farklı iki metalin

içinden geçen akımın etkisiyle ısınması sonucu farklı uzaması esasına

dayanır. İçlerinden akım aktığında, şerit bükülür ve ayar değerine bağlı

olarak kontakları aniden açar. Röle yeteri kadar soğuduktan sonra

resetlenir.

Termal aşırı yük röleleri, altermatif ve doğru akım sistemlerinde kullanılır

ve genellikle:

- 3-kutuplu açtırma,

- kompanze edilmiş, çevre sıcaklık değişimlerine duyarsız

Şekil 9.97. Değişik aşırı yük röleleri için işletme sınırları



- Röle üzerinde verilen ve motor plakasında gösterilen akım lara

göre kademelendirme yapılmaktadır.

Fazın birinin kaybında da röleden açma yaptırılabilir. Bu özellik motoru tek

faz çalışmasından IEC 60947-4-1 ve 60947-6-2 ye uygun olarak korur.

Tablo 9.8. Fark aşırı yük rölesinin işletme sınırları (cevap süreleri)

Yaygın olarak kullanılan bu röleler, çok güvenilir ve fiyat açısından

düşüktür. Bu röleninin dezavantajı havalandırmasının iyi olmadığı

ortamlarda motorun aşırı ısınmasına karşı duyarsızdır.

Elektronik aşırı yük röleleri

Bu röleler elektronik sistemlerin avantajlarına sahiptir ve motorun termal

görüntüsünü detaylı bir şekilde izler. Motorun termal sabitelerini ele

alarak operasyon süresi ve içinden geçen akımı esas alarak sürekli olarak

motor sıcaklığını hesaplar .

Koruma böylece gerçeğe yakın olarak yapılır ve istenmeyen açtırmalar

önlenir. Elektronik aşırı yük rölesi, çevrenin termal şartlarına karşı en

düşük duyarlılıktadır. Bununla beraber bu röleler, aşırı yük, dengesizlik ve

faz kaybının yanı sıra opsiyonel alarak bazı sensörlerin ilavesiyle:

- PTC prob. sıcaklık kontrolü,



- aşırı momentlere ve rotor blokajına karşı koruma,

- ters faz durumuna karşı koruma,

- motor izolasyon hatalarına karşı koruma,

- Yüksüz çalışmaya karşı koruma sağlar

Şekil 9.98 Elektronik aşırı yük rölesi (LR9F Telemecanique)

PTC termistör prob röleleri

Bu röleler motoru korumak için motorun gerçek sıcaklığını kontrol eder.

Problar çok küçük oldukları için motor sargıları içerisine yerleştirilir. Isdı

ataletleri çok düşük olduğundan çok yüksek doğrulukla stator sargılarının

sıcaklıklarını okurlar. Stator sargılarının sıcaklıklarını doğrudan kontrol

ettiklerinden motorları aşırı yüke, havalandırma yetersizliğinden dolayı

meydana gelen sıcaklık artışlarına karşı koruma sağlar.

Bir veya daha fazla Positif sıcaklık katsayılı PTC termistor probları

sargıların ve motor yataklarının içine veya sıcaklık artısı olabilecek



elemanların içine sokularak bu elemanlarda ani sıcaklık artışı meydana

geldiğinde gerekli açtırmayı sağlarlar.

Şekil 9.99. PTC termistör propları işletme sınırları veya işletme noktaları



9.13. Kondansatör Gruplarının Korunması

Kondansatör grupları elektrik sistemindeki yükler tarafından çekilen

reaktif enerjiyi kompanze etmek için kullanılan ve bazı durumlarda

harmonik gerilimleri azaltmak için filtre takılan sistemlerdir. Sistem içinde

elektrik sisteminin kalitesini düzeltmek gibi bir görevi üstlenirler.

Yıldız, üçgen bağlanabildiği gibi sistemin yüküne ve gerilim seviyesine bağlı

olarak çift yıldız bağlantı da uygulanır.

İki tip kondansatör vardır.

İç korumasız kondansatör

İç korumalı kondansatör

Herbir kondansatör grubu sigorta ile donatılır.

9.13.1 Hata Tipleri

Kondansatör gruplarında oluşabilecek muhtemel hatalar

Aşırı yüklenme

Kısa devre

Gövde hatası

Kondansatördeki kısa devre



Aşırı yüklenme kalıcı ve geçici aşırı akımlardan dolayı ileri gelir.

Kalıcı aşırı akımlar besleme sisteminideki gerilimin yükselmesi ve

frekans konvertörü ve doğrultucular gibi statik kovertörler den

dolayı ortaya çıkan lineer olmayan yüklerden dolayı meydana

gelen harmonik akımların akmasıyla meydana gelir

Geçici aşırı akımlar kapasitör gruplarının şebekeye bağlanması

sırasında ortaya çıkan geçici aşırı akımlardır

(Konu ile ilgili geniş bilgiler harmonikler ve güç faktörünün düzeltilmesi

bölümlerinden elde edilebilinir.)

Aşırı yükler sonuç itibarıyla dielektrik dayanımının azalması ve

kondansatör gruplarının çabuk eskimesine yol açar. Kısa devre kapasitör

gruplarının üçgen veya yıldız bağlantısına bağlı olarak faz-toprak veya faz

arası olmak üzere iç veya dış hatalar olarak meydana gelir (Konu ile geniş

açıklama kısa devre hesapları bölümünden elde edilebilir). Gövde hatası

bir iç hata olup enerjili kapasitör elemanları arasında metal oda tarafından

oluşturulan hatadır.

Koruma elemanları

Kapasitörler tamamen deşarj olmadan enerjilendirilmemelidir. Transiyen

aşırı gerilimleri önlemek amacıyla tekrar enerjilendirme için geçıktirme

şarttır. 10 dakikalık geciktirme kendi kendine deşarj için kafi bir süredir.

Deşarj süresini kısaltmak amacıyla hızlı deşarj üniteleri kullanılabilir (Konu

ile ilgili geniş bilgiye güç faktörünün düzeltilmesi bölümünde

ulaşılabilinir.).



9.13.1.1. Aşırı yüklenmeler

Besleme geriliminin neden olduğu uzun süreli aşırı akımlardan elektrik

sistemi gerilimini izleyen aşırı gerilim koruması vasıtasıyla sakınılabilinir.

Genellikle %110 gerilimde kapasitör günde 12 saat yüklenebilir. Bu gibi

durumlarda koruma yapmaya gerek yoktur.

Harmonik akımların akmasından ileri gelen uzun süreli aşırı akımlara karşı

aşağıda açıklanan tiplerde koruma yapılmalıdır.

Termik aşırı yüklenme

Gecikmeli aşırı akım

Kapasitör grubunun devreye girmesi durumunda her bir

kademede devreye girme akımlarının sınırlandırılması için darbe

reaktörleri tesis edilmelidir (Konu ile ilgili geniş bilgi Güç

faktörünün düzeltilmesi bölümünde bulunmaktadır.)

9.13.1.2. Kısa devreler

Kısa devreler, gecikmeli aşrı akım koruma cihazları tarafından algılanırlar.

Akım ve gecikme ayarları açma kapamada meydana gelen maksimum izin

verilen yüke göre yapılır.

9.13.1.3. Gövde hataları

Koruma topraklama sistemine göre düzenlenir. Eğer sistemin nötrü

topraklı ise gecikmeli toprak hata koruma cihazı kullanılır.



9.13.1.4. Kapasitör elemanı kısa devresi

Empedansta meydana gelen değişim esas alınarak algılama yapılır.

Kapasitör grubu çift yıldız bağlanmışsa, empedans değişimi tarafından

meydana getirilen dengesizlik nötr noktaları arasında bir akım akışına

neden olur ve bu dengesizlik aşırı akıma duyarlı koruma cihazı vasıtasıyla

algılanır.

9.13.2. Kapasitör Gruplarının Korunması ile ilgili

Örnekler

Çift yıldız bağlı kapasitör grubu için koruma

Şekil 9.100



Tablo 9.9 Ayar Bilgileri

Hata tipi Ayarlar

Aşırı Yük Aşırı gerilim, ayar < %110 .Un

Termik aşırı yük, <1,3.In veya

Aşırı akım ayarı <1,3.In sabit zamanlı veya ters

zamanlı gecikme 10 saniye

Kısa devre Sabit zamanlı aşırı akım koruması ayar yaklaşık 10.In

ve gecikme yaklaşık 0,1 saniye

Gövde hatası Sabit zamanlı toprak hata koruma elemanı

Ayarlar <%20 maksimum toprak hata akımı ve

Eğer 3-adet akım transformatörü üzerinden bağlı ise

> %10 akım transformatörü değeri ve 0,1 saniye

gecikme

Kapasitör

elemanları kısa

devresi

Aşırı akım

Sabit zamanlı ayar değeri 1-amper

Gecikme 1 saniye



9.13.3. Aşırı Gerilimler

Aşırı gerilimlerin çeşitli tipleri endüstriyel şebekelerde sık sık ortaya

çıkarlar. Hata risklerini kabul edilebilir seviyede azaltmak için ekipmanların

izolasyon seviyesinin uygun bir şekilde seçilmesi ve sistemde bu aşırı

gerilimleri belirli seviyede tutacak koruma elemanlarının tesis edilmesi

gerekir.

Aşırı gerilim, faz iletkenleri veya faz iletkeni toprak arasında meydana

gelir. Ekipmanlar için bu gerilimlerin maksimum değeri IEC 71-1 de

açıklanmıştır. Bir aşırı gerilim, faz arası iletkenlerde veya farklı devrelerde

ortaya çıkarsa buna farklı modda, bir faz iletken ile cihaz gövdesi veya

toprak arasında ortaya çıkarsa ortak modda denir. Aşırı gerilimler iç ve dış

orjinli olarak meydana gelir.

İç orijin: bu aşırı gerilimler şebeke elemanı tarafından veya sadece

şebekenin kendi karakteristiğine bağlı olarak meydana gelir.

Örneğin transformatör mıknatıslama akımının kesilmesinde olduğu gibi

ortaya çıkan aşırı gerilimlerdir.

Dış orijin: bu aşırı gerilimler, dış şebekedeki dış elemanın neden olduğı

veya bu elemanın transfer ettiği aşırı gerilimlerdir.

Örneğin

- Yıldırım tarafından meydana getirilen aşırı gerilimler,

- Şebekenin içine doğru transformatör üzerinden yayılan YG aşırı

gerilimleri gibi..



Aşırı gerilimlerin sınıflandırılması

IEC 71-1 Standardında süre ve şekillerine göre aşırı gerilimler

sınıflandırılmıştır. Sürelerine göre geçici ve transiyen aşırı gerilimler olarak

iki kategoriye ayrılmıştır.

- Geçici aşırı gerilimler: Birkaç peryoddan birkaç saniyeye kadar

süren nisbeten üzün süreli güç frekansındaki aşırı gerilimler .

- Transiyen aşırı gerilimler: Sadece birkaç mili saniye süreli

titreşimli ve yüksek amortismanlı aşırı gerilimlerdir.

9.13.3.1. Transiyen aşırı gerilimler :

. Düşük cephe süreli aşırı gerilimler

. Dik cephe süreli aşırı gerilimler

. Çok dik cephe süreli aşırı gerilimler

9.13.3.2. Standart gerilim şekilleri

IEC 71-1 de test ekipmanlarının sağlaması gereken dalga şekilleri

verilmiştir.

- Kısa süreli güç frekansındaki gerilim: 48Hz ile 62Hz arasında

süresi 60 saniye olan sinusoidal gerilimdir.

- Anahtarlama darbesi: tepe süresi 250 µs ve yarı cephe süresi

2500 µs olan bir darbe gerilimidir. .

- Yıldırım darbesi: ön cephe süresi 1.2 µs ve yari cepha süresi

50 µs olan darbe gerilimidir.



Aşırı gerilimlerin önemi

Şebekedeki aşırı gerilimler ekipmanların yıpranmasına işletme

sürekliliğinde azalmaya personelin hayat emniyeti için tehlikelere neden

olur. Sonuçlar aşırı gerlimlerin tipine, büyüklüğüne ve süresine bağlı

olarak çeşitli şekillerde oluşabilir

- Aşırı gerilimler; ekipmanin belirlenen dayanımını aştığında

dielektrik izolasyponunda tahribat meydana getirir.

- tahrip edici seviyede olmayan ve fakat sık sık gelişen aşırı

gerilimler eskimeyeye baglı olarak yıpranırlar

- Elemanın tahrip olmasına bağlı olarak beslemenin kesilmesine neden olur.

- Elektromanyetik radyasyon veya kondüksiyon’dan dolayı

haberleşme izleme ve control devrelerinde rahatsızlıklar meydana

gelir.

- Başlıca yıldırım darbelerinin neden olduğu elemanların

erimesine, yanmasına veya patlamasına yol açan termik

zorlamalar ve ekipmanın deformasyonuna ve bozunmasına yol

açan elektrodinamik zorlamalar meydana gelir.

- Yükselen dokunma ve adım gerilimlerinin yol açtığı canlılar için

tehlikeler ortaya çıkabilir.

9.13.3.3. Güç frekansında aşırı gerilimler

Toprak hatası

Rezonans veya ferro rezonans

Nötr iletkenlerinin kopması



TNS sistemlerde bağlantı hatlarından birinin toprakla teması

Jeneratör gerilim regülatörünün veya transformatörün yükte

kademe değiştiricisindeki hatalar

Reaktif enerji kompanzasyonunda reaktif güç rölesindeki hatadan

dolayı aşırı kompanzasyon

Güç besleme kaynağı jeneratörse yük dalgalanmaları

A - Toprak hatasının sebep olduğu aşırı gerilimler

Faz-toprak hatası durumunda 3-fazlı güç sisteminin davranışını sistemin

nötrünün toprağa bağlanış şekli belirler. Emniyet açısından bakıldığında

faz-toprak hatası meydana geldiğinde toprak hata akımları, topraklanan

ekipman gövdesi ile toprak arasında insan hayatı ve tesis izolasyonu

açısından tehlikeli gerilimlerin meydana gelmesine neden olurlar.

i. Nötrü yalıtılmış sistemler

Yalıtılmış sistemlerde sistemin herhangi bir aktif elemanı doğrudan

topraklanmayıp, sistemin tabii kapasitansı vasıtasıyla toprakla bağlantısı

sağlanmıştır. Bu tip sistemlerde faz-toprak hatası meydana geldiğinde;

faz-toprak akımları çok düşük olup çoğunlukla bağlantı hatlarının

kapasitansına bağlıdır. Hatalı ekipman ve toprak arasındaki gerilim çok

küçüktür. Ancak diğer taraftan geçici ve güç frekansında söz konusu

gerilimde çok daha yüksek değerde aşırı gerilimler meydana gelir. Hata

meydana geldiğinde hatalı fazın kapasitansı by-pass edilir ve sistem

gerilimler açısından simetrisiz sisteme dönüşür.



Şekil 9.100: Nötrü yalıtılmış sistemde toprak hatası

Hatalı sistemde Thevenin teoremi kullanılartak hata devresi modeli

çıkartılabilinir. Hatadan önce hatalı yerin faz gerilimi U’ya eşittir. Şebeke

elemanlarının kapasitansları hemen hemen birbirine eşit ve Ce

değerindedir. Hatalı sisteme ait eşdeğer diyagram şekil 9.101’ de

görülmektedir.

Şekil 9.101: Toprak hatası durumunda hatalı devrenin eşdeğer diyagramı



Burada

Ce Nötrü yalıtılmış sistemde faz-toprak kapasitansıdır ve bağlantı

hatlarının uzunluğuna ve tipine (hava hattı veya kablo) bağlıdır.

C0 Sıfır bileşen kapasitansı,

RH hata yeri direncinin sıfır kabul edildiği durumlarda hata akımı aşağıda

verilen ifade yardımıyla bulunabilir.

UCI eH ...3 C..3 (1)

f..2 f..2 şebekenin açısal frekansıdır.

Toprak hatalarında hata akımını azaltacak yönde etkisi olan HR direnci

genellikle hesaba katılır. Ve toprak hata akım değeri aşağıda verilen ifade

yardımıyla hesaplanabilir.

2

.12

HH

HKE

RUI

II (2)

Sıfır bileşen kapasitansı üzerinden KEI hata akımı aktığında 0U sıfır

bileşen gerilimi meydana gelir.

KEIC

U ...3

1

00 C..3

(3)



(2) ve (3) denklemleri kullanılarak aşağıdaki ifade elde edilir.

HRCUU

...311

0

0

C..3(4)

İfadeden de anlaşılacağı üzere 00HR olması durumunda sistemin nötr

gerilimi en yüksek değeri olan faz nötr gerilimi değerine ulaşacaktır. Daha

yüksek hata yeri dirençlerinde sıfır veya nötr gerilimi daha düşük değerde

olacaktır. Sıfır hata empedanslı Faz-toprak hatası durumlarında hatasız

fazlara ait faz toprak gerilimleri, 3 çarpanı esas alınarak artacak ve en

yüksek değerini olan LLU.05,1 değerini, şebeke toprak kapasitansına

tekabül eden empedans değerinin %37 değerinde hata yeri direnci

olduğunda alacaktır.

Şekil 9.102: Nötrü yalıtılmış şebekelerde toprak hatası halinde gerilimler



Normal dengeli sistemlerde faz-nötr gerilimler, faz-toprak gerilimleri ile

aynıdır; ancak toprak hatası gerçekleştiğinde farklılaşır. Nötrün kayması

sıfır bileşen gerilimine eşittir. Nötrü yalıtılmış şebekelerde toprak hatası

esnasında nötr geriliminin davranışı hata algılanmasının hassasiyeti

açısından önemlidir.

ii. Nötrü yüksek direnç üzerinden topraklanmış şebekeler

Topraklama direnci güç transformatörünün nötr noktasına veya 3 faz zig-

zag topraklama transformatörünün yıldız noktasına veya 3-faz toprak

bağlantılı dağıtım transformatörünün açık üçgen sargılarına bağlanabilir.

Bu tür sistemler, beyan gerilim değeri 15 kV aşmayan orta gerilim ve

alçak gerilin sanayi şebekelerinde kullanılırlar.

Bir toprak hatası sonucu nötr topraklama direnci üzerinden geçen akım

sistemin kapasitif hata akımından daha yüksekse meydana gelecek aşırı

gerilimler normal gerilimin tepe değerinin 2,5 katından daha fazla olamaz.

Direncin belırlenmesi için en önemli faktör transformatör sargısının termik

dayanımıdır.

Şekil 9.103:Yüksek direnç üzerinden nötrü topraklanmış sistemler toprak hata

eşdeğer devresi



Toprak hata akımı şekil 9.103’de görülen hata eşdeğer devresine göre

2

02

20

..3..

..3.1.

CRRRR

CRUI

NTDHNTDH

NTDKE

.. C

.. C

RR

R

Eğer sistemin toprak kapasitansına ait reaktansın değeri nötr topraklama

direncinin değerinden çok büyükse, aşağıda verilen basitleştirilmiş formül

kullanılır.

NTDHKE RR

UIRR

Burada

U sisteme ait faz-nötr gerilimi

HR hata yeri direnci

NTDR nötr topraklama direnci

Toprak hatası halinde nötr noktası geriliminin alacağı değer:

20

20

..31 CR

IU

NTD

KE

.. C32

RRR

Nötrü yüksek direnç üzerinden topraklanmış şebekelerde en yüksek nötr

direnci gerilimi, hata yeri direnci değeri sıfır olduğunda faz toprak gerilim

değerine eşit olur.



iii. Yalıtılmış veya Empedans üzerinden topraklanmış Nötr

Şekil 9.104

Doğrudan topraklanma hatası meydana geldiğinde nötr noktası ile toprak

arasındaki gerilim LNN UU U değerine ulaşır. Sağlam fazlara ait faz

toprak gerilimleri:

NLT UU 22 U

Nötrü doğrudan topraklı sistemler

Şebekenin bir fazında toprak hatası meydana geldiğinde hatalı faza ait

devre üzerinde yüksek değerde bir akım geçer .Hata noktasında 3-fazlı

sistem bozulur.Hata yari direnci ihmal edildiğinde hatalı fazın toprağa

göre gerilimi sıfır olur.Sağlam fazlara ait faz-nötr gerilimleri faz gerilimler

değerine çıkar.



Şekil 9.105

Toprak hata faktörü k ile ifade edilirse, sağlam fazlarda meydana gelen

faz-toprak gerilim yükselmeleri

LNNLNL UkUU .32 kU

LNU Nominal faz nötr gerilimi

k toprak hata faktörü simetrili bileşenler metodu ile belirlenir.

01 0NLU 032 0LL II

Bu şartlara göre akımların simetrili bileşenleri



132110

1322

112

132

211)1(

.3

...3

...3

LLLLL

LLLLL

LLLLL

IIIII

IIaIaII

IIaIaII

IIII

IaaI

IaaI

Burada 01211 III LL II

Gerilimlerinde simetrili bileşenleri

022111 UUUU NLNLNL UUU

01211 UUU NLNL UU

Hatalı fazın gerilimi

0).3(.. 1101121111 03( LFLLNNL IRZIZIZUU

Hata akımının doğru bileşeni

F

LNL RZZZ

UI

.302111 3ZZZ

Ayrıca 11012111 .3 LLLL IIIII 3III toprak hata akımının değeri

F

LNLKEF RZZZ

UIII

.3.3

0211 3ZZZ

II

sağlam fazlara ait faz-toprak gerilimlerinin değeri



FLNNL RZZZ

ZaZaZUaU

.3..

1..021

022

122

FLNNL RZZZ

ZaZaZUaU

.3..

1..021

022

13

Toprak hata faktörü

FRZZZZaZaZ

k.3

..1

021

022

1 olarak bulunur.

Çoğunlukla şebekelerde jeneratörler yeterli uzaklıkta olduğundan büyük

bir yaklaşıklıkla 21 ZZ Z olacaktır ve

FRZZZZa

k.3.2

101

01

3ZZ

21 yazılır.

Şekilde görülen empedanslar pratik olarak

TCL

TTT

jXRZjXRZjXRjXR

Pozitif bileşen empedansları

TTT

TTT

jXRZjXRZ

000

000

jXRjXR

Sıfır bileşen empedansları



8

7

6

5

4

3

2

1

1 2 3 4 5 6 7

8

k = 1.7

k = 1.6

k = 1.5

k = 1.4k = 1.3

k = 1.2

RX (1)

(0)

XX(1)

(0)

Şekil 9.106/a R( )1 00 and Rf 0 için: XX

( )

( )

0

1ve

RX

( )

( )

0

1

oranları ile ilgili topraklama faktörleri

8

7

6

5

4

3

2

1

1 2 3 4 5 6 7

8

k = 1.7

k = 1.6 k = 1.5

k = 1.4

k = 1.3

k = 1.2

X

k = 1.5

RX (1)

(0)

X (1)

(0)

Şekil 9.106/b R X( ) ( ).1 10 50 ve Rf 0 için XX

( )

( )

0

1ve

RX

( )

( )

0

1oranları ile ilgili

topraklama faktörleri



Örnek 1

YNyn, 33 kV/11 kV ve S MVAn 24 transformatör ile çıkış fiderinden 5

km uzunluğunda 240 mm² alüminyum kablo beslemesi göz önüne alınsın .

Nötr topraklaması elektrod direnci 0.5 . dir.

- Transformatör karakteristikleri :

Usc 24 2. %

RX

T

T0 046.

XX

T

T

( ) .0 0 70

X U UST sc

n

nU U

S

2 3

60 24211 10

24 10122. .

RT 0 056.

X T( ) .0 0 850

Kısa devre gerilimleri kısa devre akımlarını endüşük değere indirmek

amacıyla yüksek seçilmiştir. Gerçekten de Usc yüksekse CT XXX XX)1(

olduğundan aşırı gerilim faktörü azaldığından RX

( )

( )

0

1 en az değerdedir.

(Bakınız şekil 9.106)



- kablo karakteristikleri :

R LS

kmCL 0 036 1000

2400 15. . //

X kmC 01. //

X X kmC C( ) . /0 3 0 33 0 / . Kabul ederek

Not: X C( )0 değeri, (0.2 - 4 X( )1 ) değerleri arasında toprak dönüş yolunun

durumuna bağlı olarak çok değişkendir.

Transformatör terminallerinde gerçekleşen galvanik hata durumunda

( Rf 0 ):

R RT( ) .1 0 056R 0

R R Re T( ) . . .0 3 3 0 5 0 056 1563 R 3 0 0 1

X XT( ) .1 1 22X 1

85.0)0()0( TXX

Böylece R X( ) ( ).1 10 05 00 0

RX

( )

( ).0

11281

XX

( )

( ).0

10 700

Şekil 9.106/a’dan k 1.4 ve 1.5.arasında bir değer seçilir.



Transformatörden 5 km uzakta gerçekleşen galvanik hata durumunda

( Rf 0 ) 5 km

R R RT C( ) . . .1 0 056 0 15 5 0 81R R 0 0 5 0

R R R Re T C( ) . . . .0 3 3 0 5 0 056 0 15 5 2 313 R R 3 0 0 0 5 2

X X XT C( ) . . .1 1 22 0 1 5 1 72X X 1 0 5 1

X X XT C( ) ( ) ( ) . . .0 0 0 0 85 0 3 5 2 35X X 0 0 5 2

Böylece R X( ) ( ).471 100

RX

( )

( ).0

11341

XX

( )

( ).0

11371

Şekil 9.106/b’den k 1.2 -1.3.arasında seçilir.

Örnek 2:

YNyn 154/31,5 kV ve 25 MVA gücünde ve %12 kısa devre empedansına

sahip transformatör 5km uzaklıkta bir şebekeyi 240mm’lik 2 kablo ile

besleyecektir. Transformatör nötr topraklamasının topraklama

elektrodunun toprak direnci 2 ohm değerindedir.

Transformatör karakteristikleri:

12%%Ku 046,00T

T

XR

7,00 0T

T

XX



76,425

5,31.12,0.22

40N

LLKT S

UuZ

22,0TR

65,4TX

Kablo karakteristikleri

kmSLRL /075,0

2401000.018,0. km/00L.

, kmX L /1,0 km/0 ,

kmXX LL /3,0.30 km/03

Transformatör terminalerinde tam bir toprak hatası olduğunda 00FR

22,01 TRR , 72,122,05,0.3.30 TE RRR

65,41 TXX , 26,37,0.65,400 TXX

65,422,0111 jjXRZ j0jXR

0.26,372,1000 jXRZ j1XR

16.10.326,372,165,422,02

26,372,165,422,0866,05,01.3.2

101

01 131

1132

1jj

jjjRZZ

ZZak

F

Hata halinde sağlam fazlara ait faz toprak gerilim değeri %16 artacaktır.

Kablo hattının sonunda transformatörün 5 km uzaklığında toprak

hatasının meydana gelmesi durumunda



66,0075,0.522,01 LT RRR

1,2075,0.522,05,0.3.30 LTE RRRR

15,51,0.565,41 LT XXX

76,45.3,026,3000 LT XXX

15,566,0111 jjXRZ j0jXR

76,41,2000 jXRZ j2XR

112.10.376,41,215,566,02

76,41,215,566,0866,05,01.3.2

101

01 132

2132

1jj

jjjRZZ

ZZak

F

Hata halinde sağlam fazlara ait faz toprak gerilim değeri %11,2 artacaktır.

Bir toprak hatası durumunda yüksek gerilim (YG) veya orta gerilim (OG)

tarafından alçak gerilim (AG) tarafına, aşırı gerilim transferi (Potansiyel

Sürüklenmesi)

Topraklama bağlantıları

Yüksek gerilim tarafında gelişen toprak hataları Alçak Gerilim tesislerinde

tehlikeli seviyede gerilimler üretirler. Alçak gerilim tüketicileri ve istasyon

işletme personeli bu tehlikeye karşı aşağıda belirtilen tedbirler alınarak

korunmalıdır.

Yüksek gerilim toprak hata akımlarının büyüklükleri

sınırlandırılmalıdır.



İstasyon topraklama direnci olabileceği en düşük değerine kadar

azaltılmalıdır.

İstasyonlarda ve tüketici istasyonlarında eşpotansiyel şartlar

oluşturmak

Topraklama ve ekipmanların topraklama bağlantılarının özellikle yüksek

gerilim tarafında toprak kısa devresi süresince alçak gerilim tüketicilerin

emniyeti açısından dikkatlice göz önüne alınmalıdır.

Topraklama elektrodları

Genelde fiziksel olarak mümkünse, YG ekipmanların açıkta kalan ve aktif

olmayan iletken bölümlerin topraklaması için ayrı bir elektrod sistemi

tesis ederek, alçak gerilim nötr iletkeninin topraklaması için yapılan

elektrod sisteminden ayrılması tercih edilir. .

Çoğu durumlarda kırsal kesimlerde sınırlı alanların bulunması bu

uygulamanın önündeki engeldir. Burada tehlikeli gerilim transferlerinin

önüne geçmek mümkün olmamaktadır.

Toprak hata akımı

Yüksek gerilimde toprak-hata akımı seviyeleri eğer gerekli sistemler

yapılıp sınırlandırılmamışsa 3-faz kısa devre akımları seviyesine ulaşır. Bu

gibi akımlar bir toprak elektrodu üzerinden geçtiğinde uzak toprağa yani

potansiyeli sıfır kabul edilen referans toprağına göre yüksek değerlere

çıkan gerilim yükselmesi olacaktır.

Örneğin 10000 A toprak hata akımı 0,5 ohm direnç değerinde toprak

elektrodu üzerinden geçerken gerilim yükselmesi 5000 V’a kadar

çıkacaktır. İstasyonlarda tüm aktif olmayan iletken bölümlerin

birbirleriyle bağlanır ve toprak elektrodlarıyla birleştirilir. Bu elektrod

istasyon tabanına yayılı gözlü bir topraklama sistemi ise personel için bir



tehlike yaratmaz. Zira düzenleme eş potansiyel şekilde olduğundan; aktif

olmayan iletkendeki potansiyelle personelin potansiyel yükselmesi, aynı

olduğundan insan hayatı için tehlike meydana gelmez.

Transfer edilen potansiyel: Şekil 9.107’de görülen sistemde OG/AG

transformatörünün AG sargılarının nötr noktası istasyonun ortak

topraklama sistemine bağlanmıştır. Bu durumda AG faz sargılarının, nötr

iletkeninin ve tüm faz sargılarının potansiyeli bir toprak hatası halinde

topraklama elektrod potansiyeline yükselecektir. İstasyondan çıkan alçak

gerilim dağıtım kabloları bu potansiyeli tüketici alt istasyonlara transfer

edecektir.

Çözümler:

i. Birinci adım potansiyel sürüklenmesine sebep olan YG toprak hata

akımının büyüklüğünü kullanılan transformatörün yıldız noktası direnç

veya empedans üzerinden topraklanmak süretiyle azaltmaktır. Ancak

bunu yapmakla yüksek potansiyel transfer tehlikesinden tamamen

kurtulmak mümkün değildir. Eş potansiyel bağlantıları, yapılar için

gerçekleştirilmelidir. Eğer topraklama tesisi düşük empedansa sahip

iletken vasıtasıyla istasyon topraklama sistemine bağlanmışsa

eşpotansiyel bağlantı şartları tüketici istasyonları için sağlanır.

Şekil 9.107: Potansiyel transferi



ii. RS İstasyon topraklama elektrod direnci

Düşük empedanslı karşılıklı bağlantılar: Düşük empedans üzerinden

bağlantı TN sistemlerin topraklamasında olduğu gibi nötr iletkeni tüketici

istasyonun eş potansiyel tesisine bağlayarak kolayca gerçekleştirilir. (IEC

364-3)

iii. YG toprak hata akımlarının ve istasyonun toprak direncinin

sınırlandırılması: Bunun amacı , 3-fazda meydana gelebilecek aşırı

gerilimler tarafından faz-toprak ve fazlar arası hat ve ekipmanların

zorlanmalarını önlemektir. Bunu sağlamak için :

YG torak hatalarının değerlerini sınırlandırmak,

Personel hayatının ve cihazların emniyeti için koruma cihazlarının

0,5 sn sürede açmasını sağlayacak şekilde istasyon toprak

elektrod direncini azaltmak.

Örnek: OG dağıtım istasyonunda 31,5 kV tarafında toprak hatası meydana

geldiğinde oluşabilecek Aşırı gerilim transferinin muhtemel değerleri

incelenecektir.

Şekil 9.108: Elektrik sisteminin 3-kutuplu diyagramı



154/31,5 kV indirici transformatörün 31,5 taraftaki empedansı

763,412,0.25

5,31 2

TRTMZ

Yumurtalık transformatör merkezinden N1 istasyonu arasındaki 31,5 kV

,3x3/0 , 0,63 km enerji nakil hattı empedansı

ohmkmkmohmZOHL 3043,063,0./483,0 00

31,5/6,3 kV ,6,3 Güç transformatörünun 31,5 kV taraftaki empedansı

ohmMVA

kVZ ETR 45,906,0.3,65,31 22

82101 931

Yumurtalık TM nötr topraklama elektrodu empedansı

ohmRE 22 (şartnamelere göre )

N1 istasyonu topraklama empedansı

ohmRT 22 (şartnamelere göre .)

ETR 80101 Güç transformatörünun 31,5 kV primer tarafında toprak hatası

meydana geldiğinde

Şekil 9.109:Toprak hata diyagramı



Transformatörün primer sargılarında bir toprak hatası meydana

geldiğinde toprak hata akımı simetrili bileşenler kuralına göre

kARRZZZ

UITEETROHLTRTM

LLf 057,2

)22.(345,93043,0763,45,31.3

).(3.3

80101

223904R3ZZZ

N1 istasyonundaki ETR 82101 dağıtım transformatörünun nötrüne ve AG

tarafına transfer edilen gerilim

VoltkAohmIRU fTT 41142057.2. 41142R (Bu gerilim değerinde insan

hayatının güvenliği açısından gereken açma değerini sağlamak mümkün

değildir.

31,5 kV ana pano baralarında kısa devre meydana geldiğinde

kARRZZ

UITEOHLTRTM

LLf 196,3

)22.(33043,0763,45,31.3

).(3.3 3

2304R3ZZ

N1 istasyonundaki ETR 82101 dağıtım transformatörünun nötrüne ve AG

tarafına transfer edilen gerilim

VoltkAohmIRU fTT 69323196.2. 69322R (Bu gerilim değerinde insan

hayatının güvenliği açısından gereken açma değerini sağlamak mümkün

değildir.)

Sonuçlar:

1. Koruma topraklaması, dağıtım transformatörü nötr

topraklamasını ve enstrümantasyon topraklamalarını birbirinden

ayırmak



2. Eğer tüm topraklama sistemleri ortak topraklama sistemi ile

birleştirilmek istenirse,

Ortak topraklama sistemi elektrod direnci

ohmIUR

f

LT 061,0

2057125 02057I

U (transformatör primer sargılarında

toptak hatası meydana geldiğinde)

ohmIUR

f

LT 039,0

3196125 03196I

U (31,5 kV dağıtım panosu ana baralarında

toprak hatası meydana geldiğinde)

Toprak elektrod direnç değerleri sağlandığında toprak hata akımları

kARRZZZ

UITEETROHLTRTM

LLf 635,2

)061,02.(345,93043,0763,45,31.3

).(3.3

80101

203904R3ZZZ

Veya

kARRZZ

UITEOHLTRTM

LLf 882,4

)039,02.(33043,0763,45,31.3

).(3.3

40304R3ZZ

ETR 82101 dağıtım transformatörü nötrüne ve N1 istasyonu AG tarafına

transfer edilen gerilim

VoltkAohmIRU fTT 1602635.061,0. 1600R veya

VoltkAohmIRU fTT 1904882.039,0. 1900R olur.



Bu durumda iki zorluk vardır.

Sistemde ortak topraklama için 0,061 ohm veya 0,039 ohm

toprak elektrod direnç değerlerini sağlamak pratik olarak

imkansızdır.

Teorik olarak sağlansa bile hassas elektronik ekipmanlar için

mutlaka ayrı bir temiz topraklama yapma gereği vardır.

3. Toprak hata akımı aşağıda hesaplanan değere düşürü-

lebildiğinde tüm topraklamalar ortak topraklama şebekesine

bağlanabilir.

Toprak hata akımı en fazla

ARUI

T

Lf 65

2125 65125

RU

değere sahip olmalır.

Bu toprak hata akımını sağlamak için 154/31,5 kV indirici

transformatörün nötrünün, topraklama direnci üzerinden toprağa

bağlantısının sağlanması gerekir.

154/31,5 kV indirici transformatörün nötr topraklama direncinin değeri

NER :

).(3

.3

80101 NETEETROHLTRTM

LLf RRRZZZ

UIRR3ZZZ

Ve buradan

f

TEETROHLTRTMfLLNE I

RRZZZIUR

.333..3 80101 33ZZI



ohmohmx

xxRNE 270266653

2323)45,93043,0763,4.(2.6531500.3 270266339065

Söz konusu nötr toperaklama direnci değerinde meydana gelebilecek

maksimum toprak hata akımının değeri

ARRRZZZ

UINETEETROHLTRTM

LLf 59

30022.345,93043,0763,431500.3

).(3.3

80101

5930023904RR3ZZZ

Ve toprak hatasi halinde transfer edilen gerilimin değeri

VoltsxIRU fTT 118592. 1182R (Koruma cihazının 0,5 saniye açma

süresi için kabul edilebilir sınırlar içerisindedir).

TN Sistemler

Şekil 9.110



321 ,, LLL UUU monofaz gerilimler

TZ Transformatör empedansı

LZ Hat empedansı

PEZ Koruma iletkeni empedansı

TU Toprak hatası halinde koruma aktif olmayan iletken

bölümlerde oluşacak potansiyel

ER Nötr elektrod direnci

Aktif olmayan iletken bölümlerde sağlam fazlarda meydana gelecek

gerilim yükselmesi N

TL

N

TLM U

UUU

UUk UUUU 32

Topraklanma faktörü

PELT ZZZZ .30 3ZZ LT ZZZ ZZ1 ve 00FR olduğunda

LTPE

PE

PELT

PET ZZZ

ZaZZZ

ZakZZZZZ

.1.3

.3.1

a ej

e23

ZT , LPE ZZ Z ile karşılaştırıldığında ihmal edilebilir. Uzun kablo halinde

aşırı gerilim maksimumdur.



Böylece k a ZZ ZM

PE

PE CZ Z1 olur .

k M koruma iletkeni faz iletkeni kesitinden az olmaya başladığında

artacak ve örnegin koruma iletkeni faz iletkeni kesitinin yarısına eşit

olduğu zaman maksimum değere ulaşacaktır.

Aluminyum kabloda kesit 120 mm² den küçük olduğunda reaktans

dirençle karşılaştırıldığında ihmal edilebilir derece küçüktür.

Bundan dolayı Z

Z ZR

R RPE

PE C

PE

PE CZ R R23

k aM 1 23

ve k jM j1 23

12

32

ve sonuçta kM 1.45

olacaktır.

TT Topraklama Sistemi

Şekil 9.111



ER İstasyon nötr topraklama elektrod direnci

1TR 1. hatalı yük toprak elektrod direnci

2TR 2. yük toprak elektrod direnci

1TU 1. hatalı yük faz toprak gerilimi

Aktif olmayan iletken bölümler ile ilgili sağlam fazların aşırı geriliminin

bilinmesi gerekir,

N

TL

N

TLM U

UUU

UUkUUUU 32

Alçak gerilim sistemlerinde nötr ve toprak elektrod dirençleri

transformatör ve kablo empedanslarına göre çok yüksektir. Hata akımı bu

nedenle söz konusu elektrod dirençleri esas alınarak hesaplanır.

1

1

TE

LF RR

UIRR

ve 00fLT IZZ

Topraklama hatası halinde sağlam fazların gerilim yükselmesi

kM 3 1 73.

Bu yükün sağlam fazlarının gerilimi:

NL UU U2 veya NL UU U3 olduğu göz önüne alınarak

TE

EL

TE

ELL

TE

LELFELNL RR

RaURR

RUaURR

URUIRUUU 12221

222

TE

EM RR

RakRR

1 ,



32.1.1MET kRR ,

32.1.1MET kRR ,

Genelde yük gruplarının toprak elektrod direnci istasyon nötr toprak

direncinden yüksektir.ve bu nedenle genellikle 2. yükte aşırı gerilim

katsayısı 1,32 den düşüktür

TT sistemde aşırı gerilim faktörü tüm yüklerin aktif olmayan bölümleri

aynı topraklama elektroduna bağlanmışsa maksimum kM 3 değerine

ulaşır.

Tablo 9.10.

Orta ve Yüksek gerilim (1) Alçak gerilim (2)

Doğrudan topraklanmış

nötr (YG veya OG)

Yalıtılmış veya empedans

üzerinden topraklı nötr

(OG)

TN

sistem TT sistem

IT

sistem

< 1.73 *

(genellikle 1.2 ila 1.4)

1.73 1.45 1.73 1.73

(1) Faz-toprak gerilimi

(2) Faz-aktif olmayan iletken bölüm aşırı gerilimi

Nötr topraklama sistemleri ile ilgili maksimum aşırı gerilim faktörü

Ekipman seçimi: Ekipman izolasyon geriliminin seçiminde aşırı gerilim

faktörü ve hata süresi etkilidir. OG’de doğrudan veya sınırlandırıcı

empedans üzerinden topraklı ve AG’de TT ve TN topraklı sistemlerde

hatanın hızlı temizlenmesinden dolayı aşırı gerilim süresinin kısa



olmasından dolayı faz-toprak izolasyon gerilim seviyesi nominal faz-toprak

izolasyon seviyesinden yüksek olmaz.

OG’de yalıtılmış nötr ve AG de IT sistemlerde işletme sürekliliği açısından

devre kesilmeyeceğinden sistem elemanları faz gerilimine eşit faz-nötr

gerilimleri altında kalır. Bu nedenle bu sistemlerde faz-nötr gerilim

izolasyon seviyesi nominal faz-nötr izolasyon seviyesinin 1,73 kat

olmalıdır.

B - Rezonans ve Ferro Rezonans

L endüktif ve C kapasitif ve R direnç elemanlarının ya seri veya paralel

bağlı olmaları durumunda, devrede belirli şertlerin gerçekleşmesi

durumunda ekipmanların tahribatina yol açacak değerde tehlikeli akım ve

gerilimler meydana gelir.

Şekil 9.112 Şebekedeki gerilim

ICj

ILjIRUUUU CLR ...

1... I..

I.j

jRUUU



Şekildeki devrenin vektör diyagramı

Vektör diyagramından görüleceği üzere kapasitans ve endüktansın

terminallerindeki gerilim L ve C’nin bazı değerlerinde U şebeke

geriliminden çok daha yüksek olabilirler.

Rezonans durumunda CL UU U ve ..

1.Cj

IjLj

buradan

1.. 2 1. 2CL b olur ki söz konusu durumda açısal frekans rr rezonans

açısal frekansı olacaktır.

k, aşırı gerilim faktörü ise r

rL

CRRL

UUk

r

r

..1.

RLU

olacaktır.

i.Paralel Rezonans

R, L, C elemanlarından meydana gelen devreye J akım kaynağı uygulansın



Şekil 9.113

Söz konusu devre için aşağıda verilen ifade geçerlidir.

....

11 CjLjR

J

Rezonans durumunda CL II CI

UCjLjU ..

..UC .

.j

1.. 2 1. 2CL

JRU .R endüktans ve kapasitans bir açık devre gibi davranır.

Rezonans durumunda rezonans açısal frekansı 1.. 1rCL . r ifadesiyle

belirlenir.

Aşırı gerilim faktörü

rrr

CRL

RJL

JRk rrr J

.....

. RLL



Paralel rezonans devresine ait en belirgin örnek harmonik akımlara sahip

şebekeler ve bumlara paralel kompanzasyon amaçlı bağlı kapasitörlerden

meydana gelen sistemlerdir.

ii.Ferro Rezonans

Paralel bağlı kapasitans ve satüre olabilen manyetik çekirdekli endüktans

ve dirençten meydana gelen devre ele alındığında

Şekil 9.114

Toplam akım LT IUCjRUI IjRUU ... U..

RMS değer olarak

LT IUCRUI ICRU ..2

22 U..

LT IUCRUI ICRU ..2

22 U..



Bu eşitlik, grafik olarak çözülüp çizilirse U geriliminin fonksiyonu olarak

aşağıda verilen ifadelerle gösterilir.

2

22

RUII T RU

LIUCI IC .. U..

Şekil 9.115

Anahtarlama Aşırı Gerilimleri.

Şebeke üzerinde yükler devreye sokulup çıkartılırken transiyent aşırı

gerilimler meydana gelir.Bu gerilimler endüktif ve kapasitif akımlar

kesilirken daha tehlikeli boyutlara ulaşırlar.Bu aşırı akımlar süresince



I V

t

VA

L

C

R

I

VAV

akımın büyüklüğü ve frekansı ve sönmesi şebeke karakteristiklerine

anahtarın mekanik ve dielektrik karakteristik-lerine bağlıdır.

Kesme Prensipleri: İdeal kesme akım sıfırdan geçerken olur. Ancak bu

pratikte ideal cihazın yapılamamasından dolayı imkansızdır. Fakat elektrik

arkının davranişları esas alınarak farklı ortamlarda sıfıra yakın kesme

işlemi sağlanabilir.

a-Kesicilerde kesme

Şekil 9.116 Kesicinin kesmesi esnasındaki transiyent toparlanma gerilimi



t

Volts

225

1000

~ 1 ms

Elektrik akımının ani kesilmesinde anahtarın terminalleri arasında bir ark

meydana gelir. İletken ark enerji yayılımından dolayı dielektrik ortamda

iyonizasyonun oluşmasına neden olur. Akım sıfır değeri civarından

geçerken ortamdaki enerji yayılımı azalır. Ark soğur ve direnç yükselir.

Akım sıfırdan geçtiğinde ark direnci sonsuz olur ve ark kesilir. Kesme

işleminin başlangıç ve sonu arasında anahtarın kutupları arasında ki

gerilim, sıfırdan şebeke gerilimine çıkar. Bu değişim transiyent toparlanma

gerilimi adı verilen yüksek frekanslı transiyen davranış ortaya çıkarır.

RL, Kesicinin üstündeki şebekenin eşdeğer endüktansı ve direnci

C Üst şebekenin kapasitansı

b- Sigortanın kesmesi

Kısa devre meydana geldiğinde sigorta üzerinden nominal sigorta akımının

nominal değerinin çok üzerinde bir akım akar. Kesme işlemi akımın

sıfırdan geçmesine gerek kalmadan herhangi bir ani değerde meydana

gelir.

Şekil 9.116 Sigorta kesme işlemi esnasında oluşan transiyent aşırı gerilim



BA C

L

Ls

Is IL

CpCs

ID

I0

CB

Lp

VA

Şekil 9.117 Endüktif yük şebekesinin kesilmesi

Ls Kesicinin üst tarafındaki şebekenin endüktansı

Cs Kesicinin üst şebeke kapasitansı

L Yük endüktansı

Lp Kaçak endüktans

Cp Kesicinin alt şebeke kapasitansı

CB Kesici

Küçük endüktif akımların kesilmesi

Küçük endüktif akım denildiğinde kesicinin nominal akımından küçük

değerdeki akımların kesilmesi göz önüne alınacaktır.



Şekil 9.118

Gerçekte ark kararsız ve gerilimi mutlak değeri şebeke geriliminden daha

az olacak şekilde relatif olarak geniş aralıkta değişir. Bu gerilim

değişimleri, yüksek frekanslı titreşim akımları üretir.

50 Hz değerindeki yük akımı sıfır değerinde değilken kesici toplam akımı

sıfırdan geçerken keser .Bu akım değeri, kopma akımı Ichop olarak

adlandırılır.

L ’de depolanan 12

2L Ia1212

enerjisinin Cp kapasitansında

toplanmasından dolayı sistemde titreşim başlar.

Eğer maxVc C noktasındaki titreşimin tepe değeri yarım ise

12

12

12

2 2 2C V C V L Ip c p n a

max12

12

yazılabilir



Tek faz için maxV V L

CIc n

paC

2 2 ifade edilir.

Vn Faz-nötr geriliminin tepe değeri 3-fazlı devre için Vn

maxV V V L

CIc n n

paV

C2 2 yazılır.

Bu davranış özellikle ark ocağının transformatör üzerinden beslenmesi

durumunda büyük problemler meydana getirir. Gerçekte transformatör

bağlantısı genellikle baradan uzakta değildir. Bundan dolayıdır ki Cp çok

küçük olduğunda I maxVc değeri çok yüksek olur.

Yukardaki ifadelerde

L Transformatör kaçak endüktansını

Cp Transformatör ile anahtar arasındaki bağlantı kablosunun

kapasitansını

Ia Transfoematorun mıknatıslanma akımını belirler

Tek fazlı ark ocağı transformatöründe

V Vn

150003

; HL 26.8.8 ; nFCp 75.1414 ; AIa 36.44

değerlerınde açılma olduğunda meydana gelecek gerilim değeri

. maxV Vc n8 5



9.14 Aşırı Gerilime Karşı Koruma Cihazları

Koruma Prensibi olarak 3- aşırı gerilim koruma seviyesi belirlenir.

1. Koruma Seviyesi: Buradaki esas maksat, yapı üzerinde

yıldırımın yakalanarak yıldırımın doğrudan etkisini önlemektir. Ve

aşağıdaki elemanlardan meydana gelir.

Yıldırım yakalama iletkenleri bunların prensibinde yıldırım düşme

mesafesı esas alınır. Koruma maksadıyla bina tepesine

yerleştirilen çubuk, yıldırımı yakalayarak topraklama şebekesine

yildırım yükünü boşaltır

Faraday kafesi indirme şeritleri

2. Koruma Seviyesi: Bundan maksat, aşırı gerilimin istasyondaki

ekipmanların temel izolasyon darbe seviyesini aşmamasını sağlamaktır.

YG veya OG sistemlerinde, korumanın bu tipi yıldırım dalgasını toprağa

akmasını sağlayacak koruma elemanlarını kullanmakla gerçekleştirilir.

- Eklatörler

- YG ve OG parafudrları

9.14.1. Koruma Seviyesi

AG sistemlerinde kullanılan hassas elektronik ekipmanlar (bilgisayarlar,

haberleşme cihazları) için yapılan özel korumadır. Bu koruma sistemini

gerçekleştirmek için

- Seri filtreler

- Aşırı gerilim sınırlandırıcıları



- AG Parafudrları vb kullanılır.

9.14.1.1. Eklatörler veya kıvılcım atlatıcılar ile koruma

İşletme

Biri korunacak iletkene diğeri toprağa bağlanan iki elektroddan yapılan

basit bir aşırı gerilim koruma cihazıdır. Şebeke üzerinde tesis edildiği

yerde aşırı gerilimleri zayıf noktada toprağa akıtan ve böylece ekipman

koruması yapan cihazlardır.

Şekil 9.119



Kıvılcım atlatıcıların atlama gerilimi, iki elektrod arasındaki açıklığın

ayarlanması ile sağlanır.

Avantajları

Ucuza mal edilmeleri

Yapılarının basit oluşu

Atlama geriliminin ayarlanabilir olmasıdır.

Sakıncaları

Kıvılcım atlatıcıların atlama karakteristikleri sıcaklık, nem,

basın gibi atmosferik şartlara bağlı olarak dielektrik ortamın

iyonizasyonu sürekli olarak değiştiği için çok değişkendir

(%40 kadar).

Atlama seviyesi aşırı gerilime bağlıdır.

Kıvılcım atlatıcı atlama sırasında güç frekansında arkın

devamı süresinde güç frekansında toprak kısa devresine

neden olur. Bu kısa devre açtırma cihazı açma yapana kadar

surer. Bu nedenle bu gibi sistemlerde şönt kesici veya hızlı

kapama sisteminin tesis edilmesi gerekir.

Dik cepheli aşırı gerilimin neden olduğu kıvılcım atlaması

ani olarak meydana gelmez. Bu gecikmeden dolayı gherilim

gerçektende seçilen koruma seviyesi üzerine çıkar Bu

davranışı göz önüne almak için kıvılcım atlatıcının gerilim-

zaman eğrileri üzerinde çalışmak gerekir.



Kıvılcım atlaması yakınlarında bulunan motor ve

transformatör sargılarının zara göreceği dik cephe kırık

dalgasının oluşmasına neden olur.

Bundan dolayı dağıtım şebekelerinde kullanılan kıvılcım atlatıcılar

parafudrlarla değiştirilmelidirler.

9.14.1.2. Parafudrlar

Kıvılcım atlatıcıların sakıncalarını ortadan kaldırmak için işletme

sürekliliğini sağlamak ve tesiste daha iyi bir koruma sağlamak amacıyla

parafudrların çeşitli modelleri dizayn edilmiştir. Lineer olmayan dirençli

parafudrlar çoğunlukla YG ve OG tesislerinde kullanılırlar. Çınko oksit

parafudr kullanmak akım açısından daha iyi koruma sağlar .

a. Lineer olmayan dirençli parafudrlar

İşletme prensibi

Parafudrların bu tipinde darbe dalgasının geçişinden sonra akımı

sınırlandırıcı değişken direnç kıvılcım atlatıcı ile birleştirilir. Darbe

dalgasının toprağa boşalması gerçekleştikten sonra parafudr şebeke

gerilimine maruz kalır ve akan akım varistor tarafından sınırlandırılır.

Direncin değişimi sayesinde, rezidüel gerilim ark seviyesi yakınına kadar

devam eder. Gerçekte direncin azalması akımın artmasını sağlar. Lineer

omayan dirençlerden yapılan parafudrların değişik teknikleri kullanılır.

Kullanılan en klasik metot Silikon karbid dirençdir. Bazı parafudrlar gerilim

direnç veya kapasitif bölücülü kademelendirme sistemlerine ve ark üfleme

sistemlerine sahiptir.



Karakteristikleri

Değişken dirençli tip parafudrlar:

Nominal gerilim:parafudrun düzgün çalışması için dizayn

edilen ne terminalleri arasında izin verilen güç frekansınsa

RMS olarak belirlenen maksimum değerdir. Bu gerilim

işletme karakteristikleri değiştirilmeden parafudra sürekli

olarak uygulanan gerilim değeridir.

Çeşitli dalga şekillerinde atlama gerilimi

Darbe akım boşalma kapasitesi

b. YG Çinko oksit parafudrlar

İşletme prensibi

Çinko oksit prafudrların seçme yönemi genellikle, yerleştirildiği yerdeki

şebeke verilerini kullanan karakteristik parametreleri ile belirlenir.

Parafudrları karakterize eden parametreler :

- UC , kararlı hal gerilimi

- Ur , nominal gerilim

- Ind , nominal deşarj akımı

- deşarj sınıfı ve enerji kapasitesi

- mekanik karakteristikler .



Şebeke ile ilgili veriler ise:

- Um , ekipmana uygulanabilecek en yüksek faz-faz gerilimi

- TOV toprak hatası meydana geldiğinde ortaya çıkan veya

dağıtım şebekesinde yük atmada oluşan geçici aşırı gerilim

Şekil 9.120. Porselen gövdeli çinko oksit parafudrun yapısı



Parafudrların seçimi ekipmanların koruma seviyesi ve parafurların enerji

kapasiteleri arasında uyumu sağlamaktır. Koruma seviyesi ekipman

dayanımının mümkün olan en düşük seviyesi olmalıdır. Bu değerler

seçilebilecek en düşük gerilim seviyesi olmalı ve geçici aşırı gerilimlre

dayanımından büyük olmalıdır.

UC ve Ur in belirlenmesi:

a-Ekipman karakteristiklerinden faydalanan basit metotla, UC ve Ur

gerilimleri, ekipman için en yüksek Um gerilimi kullanarak belirlenir.

U UC

mU3

U Ur CU125.

b-Geçici aşırı gerilimleri kullanarak daha hassas metotla, basitlestirilmiş

metotta genellikle Um

3 den daha küçük olan şebeke ihtiyaçları hesaba

katılamaz.

Şebekede meydana gelmesi muhtemel geçici gerilimler iki tiptir. :

- koruma sistemine ve temizleme süresine bağlı faz-toprak hataları

sonucu meydana gelen aşırı gerilimler.

- Dağıtım şebekesinde bazılarında %15 ve bazılarında %35 e kadar

ulaşabilen yük atmalar. Sonucu meydana gelen aşırı gerilimler.

- Özel durum

Eğer geçici aşırı gerilimlerin biri 2 saatten daha fazla sürerse

Parafudr için kararlı hal durumu göz önüne alınır. Ve böylece

UC gerilimi bu gerilime uygun seçilir ve U Ur CU125. olur.



- Genel durum

Bir parafudrun geçici aşırı gerilimlere dayanım kapasitesi 10

saniye süreli U s10 gerilime eşit olarak verilir. Bu gerilim

aşağıda verilen ifadeler yardımıyla bulunabilir.

U TOV Ts10 10

TOV T10T10

0 02.

T : gerilim süresi

TOV : aşırı gerilim süresi

Bu formülle herbir geçici gerilim için hesaplanan parafudr üzerinde aynı

zorlamayı meydana getiren 10 saniyelik aşırı gerilimin belirlenmesini

sağlar. Geçici aşırı gerilimlerin süresi bir kaç saniye ve 2-3 saat arası

olmalıdır. (T s2 için U TOVs10 0 970 TOV. ve saatT 2saat2 için

U TOVs10 1141 TOV. ).

Parafudrun nominal gerilimi 10 saniye gerilimlerine eşit veya daha fazla

olarakU Ur smax 10 seçilir.

U UC

mU3

olarak alınır.

Nominal deşarj akımı Ind

Pratikte, 1 52kV U kVmU 52 gerilim aralığı için, Ind nin 5kA ve 10kA

olarak iki değeri vardır..

Bunlardan I kAnd 10 yüksek yıldırım yoğunluğu olan alanlarda

kullanılır.



Deşarj sınıfı ve enerji kapasitesi

Bu değerler test yapılarak veya benzer projeler karşılaştırılarak belirlenir.

Mekanik karakteristikler

IEC 99-4 ve 99-5 standardları parafudr teminalleri de 3-fazlı kısa devre

akımlarımın gerekliliklerine uygun izin verilen basınç sınırlarını

belirlemiştir. Parafudr karakteristikleri aşağıdaki değerlere uygun olarak

kontrol edilecektir.

- Ortam sıcaklığı

- Deniz seviyesinden yükseklik

- Kirlenme seviyesi

- Rüzgar, buzlanma ve deprem zorlamalarına olan mekanik direnci.

Parafudr koruma seviyesi

Tesis edildiği yerde parafudrun koruma seviyesi üzerinden nominal deşarj

akımı aktığında terminallerindeki Ursd rezidüel gerilimine bağlıdır.

YG ve OG parfudrlarının tesisi

YG ve OG şebekelerinde parafudrlar, istasyon transformatör ve ekipman

korumasını sağlamak için istasyon girişine tesis edilirler. Bu koruma eğer

koruma mesafesine ve tesis kurallarına uyulursa çalışır.



9.15 Koruma Sistemi Seçim Rehberi

9.15.1. Jeneratör Korumaları


makinalar için minimum koruma

Şekil 9.121



Ana koruma

51V Gerilim sınırlandırmalı Aşırı akım-zaman koruması

51GN Nötr toprak-hatası aşırı akım koruması

Opsiyonel korumalar

27 Düşük gerilim koruması

32 Ters güç koruması

40 Uyarma kaybı koruması

46 Negatif bileşen koruması (Akım dengesizliği)

49R Stator aşırı sıcaklık koruması

(Sargılara yerleştirilen termo direnç elemanları)

51GS Ani toprak hata aşırı akım koruması

(jeneratörün nötrü bulunmadığında)

51VC gerilim kontrollu aşırı akım koruması

59 Aşırı gerilim koruması

64B Jeneratör toprak aşırı gerilim koruması

(Jeneratörün nötrünün yalıtıldığı durumlarda 51GN in yerine

kullanılır)

81L/H Düşük/Aşırı frekans koruması

86G kilitleme yardımcı koruma

87G Stablize veya oransal differansiyel koruma




makinalar için alternatif koruma sistemi

Şekil 9.122



Alternatif koruma sistemi

46 Negatif bileşen koruması

49C Termik koruma

51 Sabit zamanlı aşırı akım koruması

51GN Nötr toprak aşırı akım koruması

51VC Gerilim kontrollü aşırı akım koruması

Opsiyonel korumalar



81L/H Düşük/Aşırı frekans koruması

9.15.1.3. Nötrü düşük/yüksek değerli direnç üzerinden topraklı

küçük makinalar için tavsiye edilen koruma sistemi

Şekil 9.123



Ana korumalar

12 Aşırı hız koruma

24 Aşırı uyarma koruması


50/27 İstek dışı jeneratörun enerjilendirilmesinin önlenmesi


38 Yatak aşırı sıcaklık koruması

39 YataK titreşim koruması

40Q Uyarma kaybı koruması

46 Negatif bileşen aşırı akım koruması

49 Stator aşırı sıcaklık koruması (termal dirençlerle)

50BF Kesici hatası algılama

50S Ani aşırı akım koruması (yol verme anında)

50/51GN Ani ve sait zamanlı aşırı akım koruması

51V Gerilim sınırlamalı faz aşırı akım koruması

59 Aşırı gerilim koruması

59GN/27TN %100 stator toprak koruması

60FL Gerilim transformatörü sigorta hata algılaması

81 Aşırı ve düşük frekans koruma



87G Faz diferansiyel koruma



9.16. Kabloların Aşırı Yükle Kısa Devreye Karşı

Korunması

Elektrik şebekelerindeki kablo ve kablo koruma sistemlerinin

aşağıda belirtilen niteliklerde olması istenir

Kabloların normal tam yük akımlarını ve elektrik motorlarının yol

almasında olduğu gibi geçici aşırı akımları taşıyacak kapasitede

olmalı

Motorların uzun sürede yol alma olayları gibi geçici aşırı

yüklenmelerde motorun ve sistemin performansını düşürecek

seviyede gerilim düşümü meydana getirmemeli

Kablo için tehlikeli olabilecek uzun süreli aşırı yüklere ve kısa

devre akımlarına karşı kablo koruma sistemi yeterli seviyede

güvenilir koruma yapmalı

Dolaylı temas durumlarında insan ve canlı hayatını korumak için

şartnamelerin ön gördüğü seviyede kablo koruma sistemi koruma

yapmalıdır

9.16.1. Kabloların Aşırı Yüke Karşı Korunması

IEC 60364-4-43 standardına göre korunacak kablo veya iletkenin

başlangıcına yerleştırilmiş koruma cihazı ile iletkenler arasında yeterli

koordinasyon ve korumanın olması için aşağıda verilen şartların yerine

getirilmesi gerekir



Kesiciler ile korumada

)2..(.45,1)1..(

2 Z

Znb

IIIII

1II

Burada

1. Ib Devrenin boyutlandırıldığı akım (kablodan geçen

sürekli yük akımı)

2. IZ Kablonun sürekli akım taşıma kapasitesi

3. In Koruma cihazının nominal akımı, ayarlanabilir koruma

rölelerinde ayarlanan değer yani sürekli çalışma için

ayarlanan değer.

4. I2 Belirlenen sürede koruma cihazının efektif işletmesini

sağlayan akım

Şekil 9.124 Akım sınırları



1. şarta uygun doğru koruma cihazını seçmek için, kesicinin nominal (veya

ayarlanan akımını) aşağıda verilen kriterlere göre kontrol etmek gerekir.

İstenmeyen açmaları önlemek için yük akımından büyük

olacak

Kablonun aşırı yüklenmesini önlemek için, kablonun akım

taşıma kapasitesinden küçük olacak

Standartlar kablonun akım taşıma kapasıtesinin 1,45

katına kadar yüklenmesine sadece kablo malzemesi ve

ısınma şartları ve izolasyon malzemesi göz önüne alınarak

belirlenen süre kadar yüklenmesine izin verir.

Eğer IEC 60947-2 (endüstriyel kullanımlar için kesiciler)

uygun olan kesiciler için I2=1,3.In

IEC 60898 (mesken ve benzeri tesisler için kesiciler) uygun

olan kesiciler için I2=1,45.In ise 2. şartı incelemeye gerek

yoktur.

Bu nedenle kesicilerde, eğer ise incelenecektir.

Aşırı akıma karşı sigorta ile koruma gerçekleştirilmek istenildiğinde

aşağıda verilen



Z

n

n

Znb

IIAIk

AIkAIk

kIII

45,12510,1

251021,11031,1

2

3

3

3

3

125I1

25I10110nI1

kII

İfadeleri gerçeklenmelidir. Bu ise kablonun akım taşıma kapasitesinin

tamamen kullanılamıyacağı anlamına gelir.

Şekil 9.125: Kesici: Nominal akım seçimi

Şekil 9.126:Sigorta: Nominal akım seçimi

Örnek:

Yük karakteristikleri:

Üç fazlı yük



Kablo akım taşıma kapasitesi:

Kesici nominal akımı:

Ayarlanabilir termik röleli

9.16.2. Kısa Devreye Karşı Koruma

Kablolar eğer koruma cihazının üzerinden geçmesine müsaade edilen

özgül enerjisi( tI .2 ) kablonun dayanım enerjisi ( 22 .Sk ) eşit veya bu

değerden az ise kablo kısa devreye karşı korunur.

Tablo 9.11: Faz iletkenleri için k faktörü değerleri



Diğer bir deyimle kısa devre koruma şartı 222 .. SktI k dir. Tablo

9.11’den bulunur.

Burada

tI .2 Koruma cihazının üzerinden akmasına izin verilen enerji

miktarı, imalatçı kataloglarında verilen eğrilerden belirlenir.

S kablonun mm2 olarak kesiti olup paralel iletkenler durumunda

tek iletkenin kesitidir.

k kablo izolasyonuna ve iletken malzeme cinsine bağlı bir

faktördür.

Tablo 9.12: Kabloların maksimum dayanım enerjisi



İletken sonundaki kısa devre akımının hesabı

Minimum kısa devre hesabı

SLkkU

I parLLk 2..5,1

...8,0 secmin 2.

0min (Nötrüne 1-fazlı yükler bağlanamayan sistem 3-

hatlı sistem) ve

SLm

kkUI parLN

k

).1.(.5,1

...8,0 secmin

m

0

.( (Nötrüne 1-fazlı yükler bağlanabilen 4veya 5-

hatlı sistemler)

İfadeleri kullanılarak bulunurlar.

Burada

minkI Oluşabilecek kısa devre akımının minimum değeri (kA)

LLU Besleme gerilimi faz arası (V)

LNU Faz nötr gerilimi (V)

İletken malzemesinin 200C deki özgül direnci (ohm.mm2/m)

Bakır için 0,018

Aluminyum için 0,027

L korunan iletkenin uzunluğu (m)

S korunan iletkenin kesiti

SN nötr iletkeninin kesiti



NSSm

S

Tablo 9.13: seck 95 mm2 kesitten büyük kesitteki kabloların reaktanslarını göz

önüne almak için kullanılan faktör

Tablo 9.14: park Paralel iletkenler için düzeltme katsayısı

Hesap yapıldıktan sonra bulunan minimum kısa devre akımı

3min .2,1 IIk 1 ifadesi göz önüne alınarak incelenmelidir.

I3 Kesicinin magnetik ani açma akımı

1,2 açtırma eşik değeri için tolerans faktörü

Örnek:

İletkenin sonundaki

minimum kısa devre akımı

1sec 1k , 11park



Şekil 9.127:

Kesicinin manyetik açma eşik değeri 1600 A ayarlıdır eğer toleranslı ayar

isteniyorsa bu değer 1,2 x1600=1920 A değerini aşmamalıdır.

Maksimum Koruma Uzunluğu

3min .2,1 IIk 1 ve

SLkkU

I parLLk 2..5,1

...8,0 secmin 2.

0min uzunluğu bulmak için

çözüldüğünde 400 V 3-hatlı, 3-fazlı sistemde bakır iletkenin özgül

direncini 0,018 alarak Tablo 9.15’deki değerler elde edilir.



Tablo 9.15: Maksimum koruma uzunlukları



400 V farklı gerilimler için düzeltme faktörü

Tablo 9.15’de verilen uzunluk değerleri aşağıda verilen Tablo 9.16’daki

değerlerle çarpılarak verilen sistem gerilimi için maksimum koruma

uzunluğu bulunur.

Tablo 9.16

230 V 1-fazlı gerilim 400 V nötründen 1-fazlı yüklerin dağıtıldığı sistemin

eşdeğeri olup nötr iletkeninin kesiti faz iletkeninin kesitiyle aynı

olduğunda 58,00vk alınır.

Nötründen dağıtım yapılan sistem için düzeltme faktörü



Tablo 9.15’deki bulunan değerler bu düzeltme faktörü sistem için

maksimum koruma mesafesi bulunur.

Özetlenirse; Öncelikle Tablo 9.13’den kablo kesiti ve kesicinin manyetik

ani açtırma eşik değeri esas alınarak maksimum koruma uzunluğu L0

bulunur ve sonra eğer gerekiyorsa sistemin gerekliliklerine ve özelliklerine

göre düzeltme faktörleriyle çarpılarak maksimum k0ruma uzunluğu

bulunur.

Örnek:

Nötrüne 1-fazlı yükler bağlanmayan 3-hatlı ve 3-fazlı sistem

Nominal gerilim 400 V

Kesicinin magnetik açtırma eşik değeri

Faz iletken kesiti=Nötr iletken kesiti 70 mm2

Tablo 30 dan iletken kesiti ve magnetik açtırma eşik akımı için maksimum

koruma uzunluğu 346 m bulunur.

Örnek :

Nötrüne 1-fazlı yükler bağlanan 4-hatlı ve 3-fazlı sistem

Nominal gerilim 400 V

Kesicinin magnetik açtırma eşik değeri

Faz iletken kesiti 300 mm2

Nötr iletken kesiti 150 mm2



Tablo 6 dan I3=2000 A eşik değeri 300 mm2 kesit değeri için maksimum

koruam uzunluğu

bulunur.

kd düzeltme faktörü

Elde edilir.

9.16.3 Koruma (PE), Nötr (N) ve Eşpotansiyel Bağlantı

İletkenleri

9.16.3.1. Nötr İletkenleri

Nötr iletkeni sistemin nötr noktasına bağlanan bir iletkendir.Elektrik

gücünün taşınmasına katkı yapan ve faz arası gerilimden farklı 1-fazlı

yükler için faz –nötr gerilim oluşturulmasını sağlayan elektrik sisteminin

aktif bir elemanıdır. Belirli durumlarda ve özel şartlar altında nötr

iletkeni(N) ile koruma iletkeni (PE) tek bir iletken olarak birleştirilirler.

Nötr İletkeninin Açılması (veya Kopması) ve Koruma.

Nötr iletkende veya sistemde bir hata oluşursa nötr iletkeni üzerinde

gerilimler meydana gelebilir. Söz konusu hatalar faz-nötr arası kısa

devresi, korunan cihazda izolasyon hatasından meydana gelen toprak

hataları, Nötr iletkeninin kazara kopma suretiyle veya koruma cihazları

tarafından tek kutuplu (sigorta ve tek kutuplu kesici) açılmalarda görülür.

Eğer 4-hatlı sistemlerde sadece nötr açılırsa besleme gerilimi 1-fazlı



yüklerde aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi 0U faz-nötr gerilim değerinden

faklı değerler alabilir.

i. Şebeke iki fazında yüklü ise

Şekil 9.127: Nötr iletkenin kopma durumu

Tüketicilere uygulanan gerilimler, aşağıda verilen ifadeler yardımıyla

bulunabilir.

1. Tüketici için

2121

11 . LLNL U

ZZZU

ZZ

2.Tüketici için

2121

22 . LLNL U

ZZZU

ZZ



Nötr hattındaki gerilim

2121

1121 .1 LLNLLLN U

ZZZUUU .UUU111

ZZUU

Empedanslar yerine bunlara tekabül eden güçleri ifadede yerine koyarsak

ve ifadeyi sadeleştirirsek

1

2

1 SUZ LN ve

2

2

2 SU

Z LN

1. Tüketici için

2121

21 . LLNL U

SSSU

SS

2. Tüketici için

2121

12 . LLNL U

SSSU

SS

Nötr hattındaki gerilim

2121

2121 .1 LLNLLLN U

SSSUUU .UUU111

SSUU

U1 gerilim değeri faz-nötr gerilim değerinin çok üzerinde olacağından 230

V luk1-fazlı cihazlar tahrip olabilir. Ayrıca TN-C sistemlerde nötr iletkenler

üzerindeki gerilimin varlığı insan hayatı için tehlike arz eder.



ii. Üç fazın yüklenme durumu

Şekil 9.128 : 3-fazlı yüklenmede nötrün kopması

Süperpozisyon teoremi kullanarak aşağıdaki ifadeyi yazabiliriz.

1

32

321

32

32

2

31

312

31

31

3

21

213

21

21

..

.

..

.

..

.

LLLN U

ZZZZ

Z

ZZZZ

U

ZZZZ

Z

ZZZZ

U

ZZZZZ

ZZZZ

U .UUUZZ

ZZ

Z.UUU

ZZZZ

Z.UUU

ZZZZ

Z

Empedanslar güçler cinsinden yazılıp ifade sadeleştirilirse

1

321

322

312

313

213

21 .11

1

.11

1

.11

1

LLLN U

SSS

SSU

SSS

SSU

SSS

SSU .UUU

SS SS

S.UUU

SS SS

S.UUU

SS SS

S



Bu durumda tek fazlı yüklerin terminallerine 3-faz üzerinden gerilim

uygulanacaktır

NLNL UUU UU 33

23

21 ja j21

olmak üzere

12

2 . LL UaU a ve 13 . LL UaU a dir.

Örnek

3-faz + N+PE 400V sistemde herbir faza bağlı tek fazlı yükler PL1N=300W ,

PL2N=500W ve PL3N=700W olup yükler rezistif karakterlidir.

123 .

7005001

3001

7005001

.

7003001

5001

7003001

.

5003001

7001

5003001

LLLN UUUU U.U

300300 700500

700U.U

500500 700300

700U.U

700700 500300

500

11112

1 .697,0.669,0.199,0.0200,0..332,0..467,0 LNLLLLN UUUjUUaUaU 0Uj0000

1311133 .360,0.197,0.301,0669,0.199,0866,0.5,0 LNLLNLLNLNL UUUjUjUjUaUU 0Uj0j0j0UaU

1211112

2 .564,1.535,1.301,0.669,0.199,0866,0.5,0. LNLLLLNLNL UUUjUjUjUUaU 1Ujj0j0Ua

Buna göre nötr (N) noktasındaki gerilim

VVUU LN .156230.679,0.697,0 1 15600



L3 hattına bağlı tüketiciye uygulanan gerilim

VUU LNL .83230.360,0.360,0 11 8300


VUU LNL .360230.564,1.564,1 12 36011


VUU LNL .240230.044,1.044,1 11 24011

Bu durumda eğer alçak gerilim baralarında aşırı gerilime karşı parafudr

gibi koruma elemanı yoksa L2 hattına bağlı 1-fazlı cihazlar tahrip olarak

devre dışı olur ve L1, L3 hattına bağlı 1-fazlı yükler şekil 9.127’de görülen

şekilde beslenirler .

Bu besleme şeklinde L1 hattındaki 1-fazlı yükler

VUSS

SU LLNL .280400.

700300700. 21

31

31 280

700300SS

ve L3 hattına bağlı 1-fazlı yükler

VUSS

SU LLNL .120400.700300

300. 2131

13 120

700300SS gerilim altında

kalacaktır.

Nötrde ise

VUSS

SUUU LLNLLLN .120400.

7003007001.1 21

31

3131 120400400.400111

700300U.UU111

SSUU



gerilim oluşacaktır.

L1 hattına bağlı olan tüketici aşırı gerılımden dolayı tahrip olup devre dışı

olduğunda Nötr iletkeni toprağa göre 230 V gerilim altında kalacaktır.

Gerçekte nötr iletkeni aynı zamanda koruma iletkeni kullanıldığında elektrik

cihazlarının işletme esnasında aktif olmayan ve koruma amacıyla PEN

iletkenine bağlanan açıktaki iletken bolümlerinde cihazda herhangi bir hata

olmadığı halde söz konusu gerilim altında kalır. Yukarda açıklanan

nedenlerden dolayı bu tip hatayı önlemek için aşağıda açıklanan tedbirler

alınmalıdır.

Alçak gerilim tesisleri paralel bağlı koruma cihazları yardımıyla aşırı

gerilimlere karşı korunurlar

IT sistemlerde OG/AG transformatörün aşırı gerilim

sınırlandırıcıları yerleştirerek sadecegüç frekansındaki aşırı

gerilimlere karşı koruma sağlanır.

Alçak gerilim panolarına veya birleşik yüklere parafudrlar tesis

ederek

Bu korumalar için kullanılan başlıca teknolojiler

Zener diodları

Gaz deşarj tüpleri

Çinko oksit parafudrlar



9.16.4. Parafudrların Alçak Gerilim Tesislerinde

Yerleştirilmesi

TT Sistemler

Şekil 9.129.

TN-C sistemler için standardlar kazara kopmalari önlemek amacıyla

minimum nötr iletken kesiti belirlemiş ve aynı standardlar PEN iletkeninin

herhanği bir cihaz kullanımıyla devre dışı edilmesini yasaklamışlardır.



TT veya TN Sistemler.

Eğer nötr iletkeninin kesiti faz iletkeninin kesitiyle aynı veya faz iletkeni

kesitinden daha büyükse söz konusu sistemde ne nötr üzerinde aşırı akım

kontrolu amacıyla sensör konmasına ne de nötrü açmak için kesici

kullanmaya gerek yoktur. Böyle durumlarda nötr iletkeni korunmaz ve

açılmaz.

Ancak bu durum söz konusu sistemde yüksek genlikli harmonikler yoksa

ve herhangi bir faz üzerinde ölçülen maksimum akımdan daha yüksek bir

akım nötr üzerinden geçmiyorsa geçerlidir. Eğer nötr iletkeninin kesiti faz

iletkeninin kesitinden düşükse nötr üzerindeki aşırı akımlar faz

iletkenlerinde olduğu gibi mutlaka kontrol edilmelidir. Fakat nötr

iletkeninin açılmasına gerek yoktur. Nötr iletken korunur fakat açılmaz.

Diğer bir deyimle sistem de 3-kutuplu açma yapılır yani sadece faz

iletkenleri açılır.

Söz konusu edilen durum için aşağıda belirtilen şartlar aynı anda

gerçeklenirse nötr iletken üzerindeki aşırı akımların algılanmasına gerek

yoktur.

Nötr iletkenleri kısa devreye karşı faz iletkenlerinin koruma

cihazları vasıtasıyla korunuyorsa,

Normal çalışma esnasında; nötr iletkeni boyunca akabilşecek

maksimum akım nötr iletkeninin akım taşıma kapasitesinin altında

bir değerde ise.

TN sistemde işletme şartları altında nötr iletken toprak potansiyelinde

güvenilebilir seviyede kalabiliyorsa açılmasına gerek yoktur. Belirli özel

durumlarda nötr iletkeni paralel besleme kaynakları arasındaki

sirkülasyon akımlarını önlemek amacıyla mutlaka açılmalıdır, yani böyle

sistemlerde 4-kutuplu kesici kullanılmalıdır.



Şekil 9.130 4-kutuplu anahtarlı alternatif alkım güç beslemesi

IT Sistemler.

Standartlar IT sistemlerinde 1-fazlı yüklerin dağıtımı için nötrün

kullanılmasını tavsiye etmezler. Bu na rağmen It sistemlerde 1- fazlı

yüklerin beslenmesinde nötr kullanılırsa her bir devreye ait nötr iletkeni

üzerinde aşırı akımların, hata durumunda ilgili devrelerdeki tüm aktif

iletkenleri devre dışı etme amacıyla algılanması ve kontrol edilmesi

gerekmektedir. Bu sistemlerde nötr bsistemler korunur ve açılır yani

sistemde 4- kutuplu açma söz konusudur.



Aşağıda belilenen durumlarda nötr iletken üzerine aşırı akımları

algılamaya gerek yoktur.

Nötr iletken kısa devreye karşı besleme tarafına konan koruma

cihazı vasıtasıyla korunuyorsa

Devre RCD (rezidüel akım koruma cihazı) tarafından korunuyor ve

cihazın açma akım eşik değeri nötr iletkenin akım taşıma

kapasitesinin 0,15 inden az ise. Bu cihaz nötr iletkenle birlikte aktif

iletkenlerin tamamını devreden ayırır.

Dağıtım sistemlerinin hepsinde gereken her yerde nötr iletkeninin

devreden ayrılması ve bağlanması aşağıda belirtilen şartlarda olur.

Faz iletkeni açılmadan önce nötr iletkeni açılamaz

Nötr iletkenleri aynı anda devreye girer veya Faz iletkeninden

önce devreye girer.



9.17. AG Sistemlerinde Aşırı Gerilime Karşı Koruma

Transiyen aşırı gerilim, milisaniye mertebelerinden daha kısa süreli

nominal gerilimin 20 katına ulaşabilen gerilim darbeleridir. Gerilim

darbelerine karşı koruma cihazları kullanılmadığında transiyen aşırı

gerilimler elektrik ekipmanına ulaşır ve sonuçta söz konusu ekipman

tahrip olur.

Şekil 9.131. Koruma ekipmanı olmayan cihaza transiyen gerilimlerin ulaşması

Gerilim darbelerine karşı koruma cihazları transiyent gerilimlerini

sınırlandırarak darbe akımlarını toprağa yönlendirir. Şekil 2.

Şekil 9.132. Aşırı gerilime karşı koruma cihazının cihazı koruması



Aşırı gerilimlere karşı koruma cihazı, en az bir lineer olmayan

elemandandan oluşur. Normal işletmede açık devre elemanı olarak işlem

görür ve aşırı gerilim darbeleri koruma elemanına ulaştığında kapalı devre

olarak davranır.

Yıldırım düşmesi

Düştüğü noktadan kilemetrelerce uzaklıklara ulaşarak elektrik

tesisleri üzerinde tahrip edici ve bozucu etkiler meydana getirir.

Fırtına sırasında kablolar, yıldırım etkisini, binaların içinde tesis

edilen elektrik ekipmanlarına taşır.

Doğrudan yapı üzerine isabet eden yıldırımların yıkıcı ve neden

olacağı yangın riskine karşı korumak üzere yapı üzerine tesis

edilen yakalama çubuğu veya faraday kafesi gibi yıldırımdan

koruma sistemleri yapı içinde bulunan veya ana besleme

sistemlerine bağlanan elektrik ekipmanlarının tahrip olma riskini

arttırır.

a) yıldırımın doğrudan enerji nakil hattı b)yıldırımın dolaylı olarak enerji

üzerine isabet etmesi nakil hattına isabet etmesi

Şekil 9.133: Yıldırımın enerji nakil hattına doğrudan ve dolaylı yoldan isabet

etmesi



Şekil 9.134: Yıldırımın yakalama çubuğuna isabeti

Yıldırımdan koruma cihazı, yüksek darbe akımlarını toprağa akıtır ve bu

esnada tesis edilen binanın yakınındaki toprağın potansiyeli önemli

derecede yükselir. Bu toprak terminalleri üzerinden doğrudan ve yeraltı

besleme kabloları üzerinden indüklenerek elektrik ekipmanları üzerinde

aşırı gerilimlere neden olurlar.

Güç dağıtım sistemleri üzerindeki açma kapama işlemleri

Genelde transformatörlerin, motorların veya indüktansların açma kapama

işlemleri, yükün değişimi ve kesicinin açılması kullanıcı yapılarına nüfuz

eden aşırı gerilimlere yol açar. Özellikle enerji üretim istasyonlarına veya

enerji taşıma ve dağıtım istasyonlarına yakın yapılarda aşırı gerilim değeri



daha yüksek olabilir. Yüksek gerilim hava hatları ile alçak gerilim hava

hatları arasında karşılıklı endüksiyondan veya kaza sonucu doğrudan

kontak olması dolayısıyla da aşırı gerilimler meydana gelir.

9.17.1. Aşırı Gerilim Koruma Cihazları

9.17.1.1. Parametrelerin Açıklanması

Korumanın amacı

Aşırı gerilim dalgalarına karşı koruma cihazı, akım darbelerini ve aşırı

gerilimlerinin tehlikeli kısmını, toprağa akıtarak ve zararsız kısmınını ise

şebeke üzerinden geçirerek aşırı gerilimlere karşı korumaktır. Aşırı

gerilime karşı koruma cihazları bağlanan ekipman ve cihazların dayanım

gerilimlerine uygun değerlerde aşırı gerilimleri sınırlandırırlar.

Koruma parametreleri

Yüksek değerde akımı toprağa göderebilme yeterliliği,

Mümkün olan endüşük seviyede gerilimin sınırlandırılması...

Dalga şekillerinin Oluşumu 10/350 ve 8/20

Farklı iki dalga şekli ile akım darbeleri temsil edilir :

Doğrudan yıldırım isabetine uygun (10/350 μs) uzun dalga şekli

Amortize edilmiş dolaylı yıldırım isabetini temsil eden (8/20 μs)

kısa dalga şekli



Şekil 9.135 . Yıldırım çubuğu üzerine doğrudan yıldırım isabeti

Şekil 9.136: Hava hattı üzerine yapıya yakın doğrudan yıldırım isabeti.



Şekil 9.137: Hava hattı üzerine yapıya uzak doğrudan yıldırım isabeti.

Şekil 9.138: Toprağa dolaylı yıldırım isabeti



Şekil 9.139:Yapı yakınlarında bir cisim üzerinden dolaylı yıldırım isabeti

9.17.1.2.Yıldırıma ve Aşırı Gerilimlere Karşı Koruma Sistemleri

Semboller

Tablo 9.16 Yıldırıma karşı koruma sisteminin tasarımında kullanılan şekiller ve

semboller. (DIN V VDE V 0185-3 (VDE V 0185 3.bölüm: 2002-11 ve DIN EN 60617:

1997-08 e göre)





Tasarımda kullanılacak standartlar ve düzenlemeler

Kullanılacak standartlar ve düzenlemeler tablo 9.17’de verilmiştir.

Tablo 9.17. Yıldırımdan koruma sistemleri için standartlar ve düzenlemeler.



9.17.2. Yıldırım Deşarjı ve Zamana Bağlı Olarak

Yıldırım Akımının Gelişimi

Yıldırımın toprağa doğru çakması buluttaki şarj ile toprak üzerindeki

elektrostatik şarj arasında şarj nötralizasyonuna yol açar. Toprakla bulut

arasında iki tip yıldırım çakması vardır. Bunlardan birincisi buluttan

aşağıdaki toprağa doğru düşen yıldırım, diğeri ise topraktan yukardaki

buluta doğru çıkan yıldırım deşarjıdır.

Şekil 9.140. Negatif ve pozitif aşağı doğru buluttan toprağa çakan yıldırımın

mekanizması



Aşağıya doğru çakma durumunda, yıldırımın başlangıç deşarjları buluttan

aşağı doğrudur . Bu gibi deşarjlar, düz arazilerde ve küçük bina ve yapıların

yakınlarında meydana gelir. Bu yıldırımlar, çoğunlukla toprağa doğru

çakan negatif deşarjlardır.

Toprağa doğru pozitif çakma, daha alçakta olan yıldırım bulutunun pozitif

olarak şarj olduğu alanlarda meydana gelir. Yıldırımların %90’ı negatif

şarjlı, geri kalan %10’u pozitif şarjlıdır. Bu oran coğrafik yerleşime bağlıdır.

Çok yüksekte ve çıplak olan yapılarda (radyo anten direkleri,

telekomünikasyon kuleleri, sarp kayalıklar gibi) veya dağların tepelerinde,

yukarıya doğru çakan yıldırımlar görülür. Bu yıldırımlar yukarı doğru

uzanan pek çok yıldırım dalları olarak teşhis edilirler.

Şekil 9.141. Negatif ve pozitif aşağıdan yukarı yerden buluta doğru çakan

yıldırımlar



Şekil 9.142. Yıldırımın düşme şekilleri

Darbe akımları ve sürekli akımlardan meydana gelen yıldırım akımlarına

ait dört-parametre, yıldırımdan koruma teknolojisi için çok önemlidir.

Bunlar

Yıldırım akımının tepe değeri,

Kısa etki şarjı Qshort ve uzun etki şarjı Qlong’dan meydana gelen

Qflash yıldırım akımı şarjı,

Yıldırım akımının W/R spesifik enerjisi,

Yıldırım akımının di/dt dikliği veya cephe süresidir.



Yıldırım akımının tepe değeri

Yıldırım akımları, yükleme akımları olmadığından; yıldırım deşarjı büyük

bir yaklaşıklıkla ideal akım kaynağı olarak göz önüne alınır. Bu aktif elektrik

akımı, iletken eleman üzerinden aktığında; akımın büyüklüğü, akımın

üzerinden aktığı iletken elemanın empedansının belirlediği ve ohm

kanunu ile belirlenen gerilim düşümü meydana gelir.

RIU .I

Eğer akım homojen yüzey üzerinde tek bir noktada şekillenirse, potansiyel

gradyenleri ortaya çıkar. Bu etki, yıldırım homojen olarak toprağa

düştüğünde ortaya çıkar .

Şekil. 9.143 Homojen toprağa yıldırım düşmesinde potansiyel dağılımı



Potansiyel gradyen alanı içindeki canlılar, vücudun üzerinden akan ve şok

akımı meydana getirecek olan adım gerilimi tehlikesi altındadır.

Yıldırımdan koruma sistemi ile donatılan bir yapıya yıldırım isabetinde, RE

direncine sahip toprağa bağlantı sistemi üzerinden, bir potansiyel

yükselmesi meydana getirerek akar (şekil.9.144)

Şekil 9.144 Yıldırım akımının tepe değerinden dolayı binanın toprağa bağlantı

sisteminde potansiyel yükselmesinin meydana gelmesi

Binada bulunan tüm objelerde aynı derecede potansiyel yükselmesi

sağlandığı takdirde bina içinde bulunan personel, bunlara dokunması

durumunda herhangi bir tehlikeye maruz kalmaz. Bunun nedeni bütün

iletken bölümler, eşpotansiyel bağlantılarla birbirine bağlanmalarıdır. Eğer



bu bağlantı sistemi göz ardı edilirse, yıldırım düşmesi halinde binada

bulunan personel tehlikeli şok gerilimlerine maruz kalacaktır.

Toprak bağlantı sistemindeki potansiyel yükselmesi elektrik tesislerinde

tehlikeli yıldırım akımları meydana getirecektir. (Şekil.9.145)

Şekil. 9.145 Toprak bağlantı sisteminde potansiyel yükselmesinin elektrik tesis

üzerindeki etkisi

Şekil.9.145’de görüldüğü gibi, AG besleme şebekesinin işletme toprağı,

yıldırım akımının neden olduğu potansiyel gradiyen alanının dışında yer

almıştır. Binaya yıldırım düştüğünde RB işletme topraklamasının

potansiyeli, bina içindeki tüketici sisteminin topraklama potansiyeli ile



aynı olmayacaktır. Yukarıdaki şekilde iki toprak arasındaki potansiyel farkı,

1000 Volt olacaktır. Bu durum, elektrik tesisini ve buna bağlı ekipmanların

izolasyonunu tehlikeye atmaktır.

Yıldırım akımının dikliği ve dephesi

tt Zaman aralığında etkili olan ti ti yıldırım akımının cephesi

elektromanyetik olarak indüklenen gerilimlerin yüksekliği ile belirlenir. Bu

gerilimler yıldırım akımının aktığı iletkenlerin yakınında bulunan açık veya

kapalı iletken gözlerde indüklenirler. Şekil 9.146’da yıldırım akımlarının

indüklediği iletkenlerin gözlerin muhtemel şekillerini göstermektedir. Kare

dalga olarak indüklenen U gerilimin tt zaman aralığı süresindeki değeri,

tiMUtiM . M karşılıklı indüktans ve ti ti yıldırım akımının dikliği

veya cephesi

Şekil 9.146. Yıldırım akımının ti ti akım cephesi tarafından gözlerde

indüklenen kare dalga gerilimler.



.

Şekil 9.147. Kare gözlerde indüklenen kare dalga gerilimlerin hesabı için örnek

9.17.3. Yıldırım Akımının Şarjı

Qflash yıldırım akımı şarjı, Qshor kısa vuruş şarjı ve Qlong uzun vuruş şarjından

meydana gelir. Şarj

dtiQ . ifadesi ile belirlenir.



Yıldırım akımının şarjı izole yol boyunca yıldırım akımının devam ettiği tüm

noktalarda ve yıldırımın düştüğü noktalarda enerji depolanmasını belirler.

W depolanan enerji Q şarjı oluşturduğu miktarın açığa çıkardığı elektrik

arkı esas alarak ve Anod/katod gerilimine UA, K bağlı olarak (şekil 9.148)

ifade edilir. UA,K nın değeri, 10V civarındadır ve akımın şekline ve

yüksekliğine bağlıdır.

Şekil 9.148: Yıldırım akımı tarafından oluşturulan çarpma noktasında enerji

dönüşümü

KAUQW ,.Q yazılır

Q : Yıldırım akımı şarjı

UA,K : anod/katot gerilimi

Yıldırım akımının şarjı materyalin erimesine neden olur. Söz konusu şarjın

neden olabileceği hasarlar, uygun kıvılcım atlatıcı veya koruma kıvılcım

atlatıcı vasıtasıyla ortadan kaldırılmalıdır.



Spesifik enerji

Darbe akımının spesifik enerjisi W/R, 1 Ω dirençte darbe akımı tarafından

depoladığı enerji olarak ifade edilir. Bu enerji depolaması, darbe akım

süresinde darbe akımının karesinin integrali olarak ifade edilir.

dtıRW .2

Spesifik enerji, bundan dolayı darbe akımının karesi olarak anılır. Bu

iletkenler arasında akan yıldırım darbe akımı, iletkenler arasında kuvvetler

meydana getirdiği gibi aynı zamanda sıcaklık yükselmesine neden olurlar.

(Şekil 10).

Şekil 9.149. Yıldırım akımının spesifik enerjisi tarafından meydana getirilen ısınma

ve kuvvet etkileri



Bu spesifik enerji

RWRdtıRW ... 2 RR ı2 şeklinde yazılır.

R iletkenin sıcaklığa bağlı DC direnci

W/R spesifik enerji

Üzerinden yıldırım darbe akımının aktığı iletkenlerdeki sicaklık artışının

hesabı, eğer ortamda insan hayatı riski veya patlama riski varsa mutlaka

yapılmalıdır. Yıldırımdan koruma sisteminde bulunan elemanların omik

dirençleri tarafından meydana getirilen termal enerji hesaplanır. Tablo

9.18’de yıldırımdan koruma sistemlerinde kullanılan farklı materyallerin

sıcaklık yükselmesi spesifik enerjinin fonksiyonu olarak kesitleri verilmiştir.

Tablo 9.18 Farklı iletken mataeryallerinde TT sıcaklık yükselmesi

F elektrodinamik kuvvetler şekil 9.150’de görüleceği üzere hattın paralell

uzunluğu L’ye ve aralarındaki açıklık d’ye ve akım şiddetine bağlı olarak

meydana gelir.



Şekil 9.150. Paralel iletkenler arasındaki elektrodinamik etkiler.

Elektro dinamik kuvvetler

dLtitF ..

.220 i.

.0

2 ifadesiyle belirlenir.

Burada

i , iletkenler üzerinden akan akım

mH /10..4 70

74 10..0 havanın manyetik sabiti

l, iletkenin uzunluğu

d, paralel iletkenler arasındaki açıklıktır.

İletkenler arasındaki kuvvet eğer akım iletkenlerde aynı yönde akıyorsa

çekme olarak eğer ters yönde akıyorsa itme olarak tesir ederler.



9.17.4. Yıldırım Koruma Seviyelerine göre Yıldırım

Akım Parametrelerinin Tayini

Enterferans kaynağı olarak yıldırımı açıklamak için, yıldırım koruma

seviyeleri I’den IV’e kadar belirlenir. Her bir koruma seviyesi aşağıda

açıklanan seviyelerin belirlenmesini gerektirir:

Yıldırımdan koruma elemanlarının tasarımı için kullanılan

boyutlandırma kriterlerinin maksimum değerleri

Doğrudan yıldırım düşmesine karşı yeterli korumayı sağlayacak

alanı belirleyecek yakalama kriterlerinin minimum değerleri

(döner kürenin yarı çapı)

Tablo 19’da yıldırım akım parametrelerinin maksimum ve minimum

değerlerine göre yıldırım koruma seviyelerinin tayini gösterilmektedir.

Tablo 9.19: Yıldırım akımları parametrelerinin sınır değerleri ve gerçekleşme

ihtimaller.



9.18. Yıldırımdan Koruma Sisteminin Tasarımı

Yıldırımdan koruma tesisi yapılması gereken yapılar ve tesisler.

1. 100’den fazla ziyaretçinin olacağı açık veya kapalı toplantı yerleri

ve bunların yanlarındaki odalar ve kapalı alanlar, sinema ve film

gösteri yerleri.

2. 200’den fazla insanın ikamet edeceği yerler, okullar, müzeler,

teknik araştırma binaları, teknik tesisler ve bunlara ait kaçış

yolları.

3. 2000 m2’den büyük pazar yerleri.

4. Birbirine doğrudan veya ara geçişlerle bağlı 2000m2’den küçük

olmayan birçok satış bölümlerinden oluşan alış veriş merkezleri.

5. 2000 m2’den büyük fuar alanları ve teşhir salonları.

6. 400 kişiden fazla restoranlar ve 60 yatak kapasiteden fazla

oteller.

7. Yüksek yapılar.

8. Hastahaneler ve poliklinikler ve benzer maksatla kullanılan diğer

binalar.

9. Orta ve geniş ölçekli garajlar.

10. Patlayıcı maddelerin üretildiği fabrika ve tesisler.

11. Yangın tehlikesi yüksek kimyasal üretim yapan ve benzeri

fabrikalar.



12. Petrol pompa istasyonları, vana istasyonları ve depolama, dolum

ve yükleme tesisleri.

13. Demir yolu garları ve istasyonlar ile

14. Okullar, barakalar.

9.18.1.Hasar Riskinin Tayini ve Koruma Elemanlarının

Seçimi

9.18.1.1.Risk yönetimi

Risk yönetimi, firma için apaçık risklerin hesaplanmasından ibarettir. Bu

ise, risklerin sınırlandırılması için temel kararların belirlenmesini ve sigorta

tarafından kabul edilen riskleri kapsar .

Hassas elektrik ekipmanlara sahip olan tesislerde özel durumlar mutlaka

dikkate alınmalıdır. Bu tip cihazların yıldırım düşmesi sonucu

hasarlanması, işletmeyı kısa veya uzun süre ile durmasına neden olabilir.

Cihazlar üzerinde kalıcı hasarlar meydana getirir veya tamamen tahrip

olmasına neden olur.

9.18.1.2. Risk tayinin esasları

DIN VDE 0185-2 yıldırım hasarı riski (R), genellikle aşağıda verilen ifade

kullanılarak tayın edilir.

..PNR N

N Söz konusu alanda yıldırım düşme sıklığı

P Hasar ihtimali , yıldırımın meydana getireceği hasarın büyüklüğü



δ Hasarın miktar olarak değerlendirilmesi için hasar faktörüdür.

Yıldırım düşme sıklığı

Bina veya yapı için yıldırım düşme sıklığı arasında bağlantı kurulabilir.

ND Yapıya veya binaya doğrudan yıldırım düşme sıklığını;

NM Elektromanyetik etkili yakın yer yıldırım düşme sıklığını;

NL Bina ve yapı içine giren kullanım hatlarında doğrudan yıldırım d

üşme sıklığını;

NI Yapı veya binaya giren kullanım hatlarına komşu hatlara yıldırım

düşme sıklığı olmak üzere

ND bina veya yapıya doğrudan yıldırım düşme sıklığı:

ddgD CANN ..N ifadesi ile belirlenir.

Bu ifadede

gN , yılda km2 başına yıldırım yoğunluğu (ilgili bölge için meteoroloji

müdürlüklerinden alınacak, bulunamadığı takdirde 3,75 ile 4,50 arasında

alınabilir.)

dA , izole yapı veya binanın eşdeğer toplama alanı

Şekil 9.151. Tek başına bir binanın doğrudan yıldırım düşmesi için dA binanın

eşdeğer toplama alanı



Burada H: bina veya yapının yüksekliği, W: yapı veya binanın genişliği, L:

yapı veya binanın uzunluğudur.

Tablo 9.20. Cd çevre faktörü

NM elektromanyetik etkili yakın yer yıldırım düşme sıklığı ise genellikle

aşağıdaki bağlantıdan hesap edilir.

mM AN .

Am, bina veya yapı etrafında 500m mesafede çekilen bir hatta yakalama

alanı (şekil 9.152)

Şekil 9.152.Yapıya yakın dolaylı yıldırım etkisi için eşdeğer yakalama Am, Al, Ai

alanları



Am : alanı üzerinde yıldırım düşmesi, bina veya yapı içindeki tesis

gözlerinde sadece manyetik olarak indüklenen darbelere yol

açar.

HC : metre olarak hattın toprak seviyesinden yüksekliğidir.

ρ : ohm.metre olarak toprak özgül direnci (ρ = 500 Ωm; özgül

direnç değerine kadar),

LC : hattın metre olarak uzunluğu (yapı veya binanın ilk bağlantı

kutusundan veya ilk darbe koruma cihazından maksimum

1000 metreye kadar olan uzaklık),

H : bina veya yapının metre olarak yüksekliği,

Ha : Aynı hat üzerinden bağlı komşu bina veya yapının yüksekliği,

NL : bina ve yapı içine giren kullanım hatlarında doğrudan yıldırım

düşme sıklığı ;

Aşağıda verilen ifade yardımıyla hesaplanır.

idaSigL CCACANN .... AN

Al alanı (şekil 152) hattın tipinin bir fonksiyonudur (hava hattı, yer altı

kablo hattı), LC hat uzunluğunun ve kablo hattı durumunda; ρ toprak

özgül direncinin bir fonksiyonu, hava hattı için, hattın topraktan HC

yüksekliğinin bir fonksiyonudur.

Tablo 9.21. Eşdeğer yakalama alanı A1 ve Aİ alanları



Eğer hattın uzunluğu bilinmiyorsa, en kötü durum olarak LC=1000 metre

alınır. Gerekiyorsa A1 eşdeğer yakalama alanı Aa’ya kadar arttırılabilir.

Eğer A1 alanı içinde AG hattı yerine, OG hattı var ise transformatör bina

veya yapıya girişteki darbeleri azaltır. Bu gibi durumlarda düzeltme

faktörü Ct=0,25 alınır. Cs düzeltme faktörü bina yoğunluğunun bir

fonksiyonudur. Kırsal alanlarda Cs=0,2; binaların yoğun olduğu yerleşim

yerlerinde Cs=1 alınır. NL sıklığı her bir kullanım yerine giren hat için teker

teker belirlenmelidir.

Şekil 9.153:



9.19. Yıldırımdan Koruma Sistemi

Yıldırımdan koruma sistemi, binaları veya yapıları yangından, mekanik

tahribatlardan insan ve personel yaralanmalarından ve hatta ölümlerden

korur. Yıldırımdan koruma sistemi harici ve dahili yıldırımdan koruma

sistemlerinden meydana gelir.

Şekil 9.154 Yıldırımdan koruma sisteminin elemanları



Harici yıldırımdan koruma sisteminin fonksiyonları:

Yakalama sistemi vasıtasıyla yıldırım yakalanması,

İndirme iletkenleri vasıtasıyla emniyetli bir şekilde toprağa

iletilmesi,

Toprak bağlantı sistemi üzerinden toprakta yıldırım akımının

dağıtılması,

Dahili yıldırım koruma sisteminin foksiyonu

Binanın veya yapının içinde tehlikeli kıvılcımları önlemektir. Bu ise

yıldırımdan koruma elemanları arasında ve bina içindeki diğer elemanlar

arasında eşpotansiyel bağlantılarla ve emniyet mesafeleri ile sağlanır. Eş

potansiyel bağlantılar, yıldırım akımı tarafından meydana getirilen

potansiyel düşümleri, diğer bir ifade ile gerilim yükselmelerini, azaltır. Bu

ise tesis içindeki iletken bölümlerin doğrudan veya darbe koruma cihazları

SPD üzerinden bağlanması ile sağlanır. (Şekil9.155)

Şekil 9.155. Yıldırımdan koruma sistemi



I, II, III ve IV olmak üzere dört tip yıldırımdan koruma sistemi vardır. Söz

konusu koruma tipleri yıldırımdan koruma seviyesine uygun olması esas

alınarak yapım kuralları doğrultusunda belirlenir .

9.19.1. Harici Yıldırımdan Koruma Sistemi

Yıldırım yakalama sistemi

Yıldırım yakalama sisteminin fonksiyonu korunan bölüme zarar

verebilecek doğrudan yıldırım düşmesini önlemektir. Korunan yapıya

kontrolsüz yıldırım düşmesini önlemek üzere tasarlanırlar.Yıldırım

yakalama sistemi doğru olarak boyutlandırılarak yapıya düşen yıldırımın

etkisi bu yolla azaltılır.

Yakalama sistemleri aşağıdaki elemanlardan ve birbirleriyle olan

kombinasyonlarından meydana gelirler. Bunlar

Yakalama çubukları

Çatı kiriş hatları ve kablolar

Birbirleri ile bağlı gözlü iletkenlerdir

Yıldırımdan koruma sistemi, yakalama sisteminin yerlerinin

belirlenmesinde; korunacak yapının saçaklarına ve köşelerine özel dikkat

ile yerleştirilmelidir. Bu uygulama, özellikle çatı yüzeyleri üzerindeki

yakalama sistemlerine uygulanır. Yakalama sisteminin köşelere ve

saçaklara monte edilmesi çok önemlidir.

Yakalama sistemini yerleştirmek ve düzenlemek için üç metot kullanılır.

Bunlar :

1. Döner veya yuvarlanan küre metodu



2. Örgü veya göz metodu

3. Koruma açısı metodu

Döner küre metodu evrensel tasarım metodu olup özellikle geometrik

olarak karmaşık uygulamalar için tavsiye edilir.

Yıldırım Yakalama Sisteminin Tipleri ve Tesis Metotları

9.19.1.1. Döner Küre Metodu –geometrik elektriksel model

Toprağa doğru yıldırım parlamasında, seri reflekslerle yıldırım boşalması

kademeli olarak buluttan toprağa (aşağı) doğru bir öncü deşarj gelişir.

Öncü deşarj, toprağa birkaç on metre ila birkaç yüz metre yaklaştığında,

toprağa yakın yerde havanın elektriksel izolasyon dayanımını aşar. İleri ki

safhada yukarı doğru ve/veya aşağı doğru olan öncü deşarja benzer öncü

deşarj gelişir. Bu iki öncü deşarjın birleşme noktasında yıldırım meydana

gelir. (Şekil 9.156)

Şekil 9.156. Düşme noktasının açıklanması



Yukarı doğru öncü deşarjın başlangıç noktası ve takip eden düşme noktası,

aşağıya doğru öncü deşarjın başı, esas alınarak belirlenir. Aşağı doğru

öncü deşarjın başı, toprağa belirli mesafeler içinde yaklaşır. Bu mesafe,

aşağı doğru öncü deşarjın başı olarak, toprağın elektrik alan kuvvetinin

sürekli artışı ile belirlenir. Aşağı doğru öncü deşarjın başı ile yukarı doğru

öncü deşarjın başlangıcı arasındaki en kısa mesafe hB son düşme mesafesi

olarak belirlenir. Bu aynı zamanda döner kürenin yarı çapıdır.

Yukarı doğru öncü deşarjın bir noktasında elektrik alan kuvvetinin

izolasyon dayanımını aştığında, gecikmeksizin tam deşarj meydana gelir.

Hava koruma iletken hatlarındaki ve yüksek gerilim direklerindeki

gözlemler, geometrik elektrik modelinin için esas olarak kullanılır.

Düşme noktası aşağı doğru öncü deşarjın başına en yakın obje tarafından

belirlenir.

Yıldırımdan koruma sisteminin tiplerinin sınıflandırılması ve Döner

kürenin yarıçapı

Birinci yaklaşım olarak, yıldırım akımının tepe değeri ile aşağı doğru öncü

deşarjda depolanan elektriksel şarj arasında bir oransallık vardır . Ayrıca

aşağıya doğru öncü deşarjın yaklaşmasında toprağın elektriksel alan

kuvveti, aşağı doğru öncü deşarj da depolanan şarja bağlıdır. Buna göre

I yıldırım akımının tepe değeri ile R döner küre yarı çapı arasında

65,0.10 IR 10 bağlantısı vardır.

Burada R (metre) ve I kA birimleri ile verilir.

DIN VDE 0185-1’de yıldırıma karşı yapıların koruması açıklanmıştır.

Bunlarla beraber söz konusu standart, yıldırımdan koruma sistemlerinin

sınıflandırılmasını açıklamış ve bunlara ait yıldırımdan koruma tedbirlerini

belirlemiştir.



Yıldırımdan koruma sistemlerinin dört tipi arasında, farklılıklar vardır. I.

Tip yıldırımdan koruma sistemi, en yüksek korumayı sağlarken; IV. Tip

yıldırımdan koruma sistemi, birbirlerine göre en düşük korumayı sağlar.

Yıldırım yakalama sisteminin (Ei)yakalama etkinliği, yıldırımdan koruma

sisteminin tipi ile bağlantılıdır.

Tablo 9.22 Yıldırımdan koruma seviyesi , yakalama kriteri Ei, , düşme mesafesi R

ve minimum akım tepe değeri I arasındaki bağlantılar.

Döner küre kontrol altındaki objenin çevresinde döndürülür ve yıldırım

düşme ihtimali olan noktaları gösteren temas noktaları her seferinde

işaretlenir. Döner küre, tüm yönlerde objenin etrafında döndürülür.

Kontak noktalarının tamamı, her seferinde işaretlenir. Düşme ihtimali olan

noktaların tamamı, model üzerinde gösterilir. (Şekil 9.157)

Şekil9.157. Göz önüne alınan yapı yüzeyi ile bir binada döner küre metodunun

şematik uygulaması



Yapının veya binanın çatısındaki yakalama sistemi boyutlandırılırken döre

kürenin sehimi belirleyicidir. Aşağıdaki ifadeden döner küre raylar

üzerinde yuvarlanırken döner kürenin p nufuz derinliği hesaplanır.

22

2

2

22dRRp

R döner kürenin çapı

d iki yakalama çubuğu veya iki yakalama iletkeni arasındaki mesafe

Şekil 9.158. Döner kürenin p nufuz derinliği

Yıldırımın doğrudan düşmesini önlemek üzere çatı üzerine tesis edilen

yakalama çubukları çatı yüzeylerini korumak için sıkca kullanılır.



Şekil 9.159. Çatı üzerine tesis edilen yakalama sistemi ve koruma alanı

hh yakalama çubuklarının belirlenen yüksekliği, daima p nufuz derinliği

değerinin çok üstünde olmalıdır; böylece döner kürenin sehiminden daha

yüksek değerde olması sağlanmış olunur.

Diğer taraftan Tablo 9.23 kullanılarak yakalama çubuklarının yükseklikleri

belirlenebilir. Döner kürenin nufuz derinliği birbirinden uzaklığı fazla olan

yakalama çubukları tarafından belirlenir. Büyük mesafeler kullanarak p

nufuz derinliği tablodan alınabilir. Yakalama çubukları yapının çatı

yüksekliği ne göre boyutlandırılmalıdır. Bkz:Şekil 9.160.



Tablo 9.23. İki adet yakalama çubuğu veya iki yakalama iletkeni üzerindeki döner

küre sehimi



Şekil 9.160. döner küre metoduna göre birkaç yakalama çubuğu için hhh

yüksekliğinin hesabı

9.19.1.2. Ağ (göz ) Metodu

Ağ yakalama sistemi genellikle herşeye rağmen çatılı yüksek yapılarda

kullanılır. Yıldırımdan koruma sisteminin tipine göre ağ şeklindeki

şebekenin göz boyutları çatıya göre düzenlenir.

Tablo 9.24. Göz boyutları



Kolaylıkla ifade edilmek istenirse gözlü yakalama sisteminde döner

kürenin eğrisi sıfır olarak kabul edilir. Çatı sırtı ve yapının yağmur oluğu

gibi metal saçakları doğal yakalama sistemi olarak kullanılarak istenilen

birim gözler kurularak yakalama sistemleri meydana getirilir.

Şekil 9.161. Gözlü yıldırım yakalama sistemi

Yapının kenarlarındaki yıldırım yakalama sistemi iletkenleri mümkün

olduğu kadar kenarlara döşenmelidir.

9.19.1.3. Koruma Açısı Metodu

Koruma açısı metodu elektrik-geometrik yıldırım modelinden türetilmiştir.

Koruma açısı döner kürenin yarı çapı tarafından belirlenir. Bkz Şekil 9.162.



Şekil 9.162. Koruma açısı ve karşılaştırılabilir döner küre yarıçapı

Bu metot, eğimli çatılarda veya çatıya bağlanan anten ve havalandırma

boruları gibi yapılarda mutlaka kullanılmalıdır.

Koruma açısı yıldırımdan koruma sisteminin tipine ve ve referans

düzlemin yukarısındaki yıldırım yakalama sisteminin yüksekliğine bağlıdır

(bkz. şekil 9.163)



Şekil 9.163. Yıldırımdan koruma sistemine bağlı olarak h yüksekliği fonksiyonuna

göre koruma açısı

Yıldırım yakalama iletkenleri, yakalama çubukları, direkler ve hatlar

yıldırım yakalama sistemi korunacak yapının tüm parçalarını, koruma

hacmi içine alacak şekilde düzenlenmelidir.

Koruma bölgesi, koni şeklinde veya koruma iletkeni ile yapılmışsa çadır

şeklinde olabilir. (şekil 9.164 ve şekil 9.165) .

Şekil9.164. Koni şeklinde koruma bölgesi



Şekil 9.165. Yıldırım yakalama iletkeni vasıtasıyla alan koruması

Eğer yıldırım yakama çubukları çatının üstündeki yapıları korumak için

tesis edilmiş ise bundan dolayı α koruma açısım farklı olur. Şekil 9.166’da

koruma açısı α1için çatı yüzeyi referans düzlemidir.

Şekil 9.166. Harici yıldırımdan koruma sistemi . düşey yıldırım yakalama çubuğu

tarafından korunan hacım .



α2. için toprak referans düzlemidir. Bundan dolayı Şekil 9.166 ve Tablo

9.25’e göre α1 den küçüktür.

Şekil 9.167 . α koruma açılı yıldırım yakalama sistemi için örnekler



Tablo 9.25 koruma bölgesinin uzaklıklarına uygun olarak ve yıldırımdan

koruma sisteminin herbir tipi için koruma açılarını vermektedir.



Tablo 9.25. Koruma sistemlerinin tiplerine bağlı olarak α koruma açısı

9.19.1.4. Çatı üzerinde bulunan yapılar için izole yıldırım

yakalama sistemleri

Koruma bölgesinden çıkan, bina tamamlandıktan sonra çatı üzerine

sonradan yeni yapılar yerleştirildiğinde, özel problemler, ortaya çıkar.

İlave olarak bu çatı uzerine yerleştirilen yapılar, çatı fanları, antenler, ölçü

sistemleri veya TV kameraları gibi elektrik ve elektronik donanımlara

sahipse ilave koruma tedbirleri gereklidir.

Eğer bu gibi ekipmanlar doğrudan harici yıldırım koruma sistemine

bağlanırsa ; yıldırım düşmesi halinde kısmi akımlar yapının içerisine iletilir.

Bu ise darbelere karşı hassas olan ekipmanlarda hasarlara yol açar. Çatı

üzerindeki bu gibi çıkıntılı yapılara doğrudan isabet izole yakalama

sistemleri vasıtasıyla önlenir.



Şekil 9.169’da görülen yıldırım yakalama çubukları, daha küçük elektrik

ekipmanına sahip yapılar için uygundur.

Şekil 9.168. Yakalama çubukları tarafından yıldırım düşmesine karşı çatı

üzerindeki küçük yapıların korunması

Bunlar koni şeklinde koruma bölgeleri olup, çatı üzerine yerleştirilen

yapıları doğrudan yıldırım düşmesine karşı korurlar .



Şekil 9.169. Yatay yakalama iletkeni üzerinden bağlı iki ayrı yakalama

direğinden oluşan izole harıcı yıldırımdan koruma sistemi

9.19.3. maxI veya impI Maksimum Akımları

Şekil 9.170: Yıldırım dalga şekilleri



maxI Koruma cihazı tarafından yönlendirilen 8/20 akım dalga şeklinin

maksimum değeri ve aynı şekilde impI 10/350 akım dalga şeklinin

maksimum değeridir

IEC 61643-1 § 7.6.5 e göre :

Tip 1 (sınıf B) imalatlar, 10/350 akımın (0.1 Iimp, 0.25 Iimp, 0.5 Iimp, 0.75 Iimp,

Iimp) 5 artan şoklarına dayanıklı olacaklardır.

Tip 2 (sınıf C) imalatlar 8/20 akımın (0.1 Imax, 0.25 Imax, 0.5 Imax, 0.75 Imax,

Imax) 5 artan şoklarına dayanıklı olacaklardır.

Imax veya Iimp değerleri muhtemel yıldırım akımlarının beklenen değerlerine

uyarlanmış olması gerekir.

9.19.4. Gerilim koruma saviyesi Up

Darbe akımları, toprağa yönlendirilirken koruma cihazı trarafından verilen

gerilimdir. Up, çıkış tarafına veya alt tarafa bağlanan ekipmanın gerilim

dayanım değerini asla aşmamalıdır.

Şekil 9.171: UP gerilim koruma seviyesinin gösterimi



Nominal deşarj akımı In

8/20 dalga şeklindeki akıma sahip aşırı gerilime karşı koruma cihazının

tepe değeridir. Tip 1 (sınıf B) ve Tip 2 (sınıf C) aşırı gerilim koruma

cihazları IEC 61643-1 § 7.6.4. standardına uygun olarak In akımı altında 15

deşarja dayanıklı olmalıdır.

Maksimum sürekli işletme gerilimi Uc

Maksimum r.m.s. (efektif) veya DC aşırı gerilim olup aşırı gerilime karşı

koruma cihazına sürekli uygulanan gerilimdir. Nominal gerilime eşittir.

Şebeke nominal geriIimi Un göz önüne alınmalıdır.

Geçici aşırı gerilim UT

Maksimum rms (efektif ) veya DC aşırı gerilim olup koruma cihazı

belirlenen sürede söz konusu gerilime dayanabilmeli çalışma

yapmamalıdır. Geçici aşırı gerilimin uygulanmasından sonra ve koruma

cihazında bir hata oluşması halinde personel, ekipman ve tesiste bir

tehlike oluşmamalıdır.

9.19.5. Akım Kapasitesinin Belirlenmesi

Risk analizi, akım ve enerji yayılım kapasitenin belirlenmesi ile yapılacaktır.

Bu analiz üç grup parametreye dayanarak yapılacaktır :

Çevre parametreleri: Yılda birim km2’ye düşen yıldırım sayısı

tarafından ifade edilen i yildırım düşme sıklığı. Bkz. Şekil 9.172.

Tesis ve ekipman parametreleri: Mevcut yıldırım yakalama

çubuğu, güç dağıtım sisteminin tesisi (enerji nakil hattı koruma

iletkeni) tesisteki ekipmanın yerleşimi,



Emniyet ve koruma parametreleri: korunacak ekipmanın maliyeti

veya değişimi, çevre ve insan hayatı için risklere dikkat edilmelidir.

Şekil 9.172: Dünya Ng haritası

Örnek: 100 kA doğrudan isabet durumunda Tip1 (sınıf B ) koruma cihazı

için Iimp akımının seçimi

IEC 61-024-1-1 Annex A, Yıldırım akımı parametrelerinin temel değerleri

yayınına göre yıldırım akımlarının %95’i 100 kA değerinin altında meydana

gelir. IEC 61 643-12 Annex I.1.2’ye göre aşağıda açıklanan kabuller yapılır:

– Toplam yıldırım akımlarının %50’si toprak bağlantısı üzerinden

toprağa akar.

– Geri kalan %50 akım borular, elektrik güç ve komünikasyon hatları

gibi servis bağlantıları üzerinden yapıya geçer.



Güç hatları için aşırı gerilim koruma cihazı seçilirken enerji hatlarının söz

konusu toplam akımın %50’sini taşıdığı göz önüne alınır.

TNS ve TT sistemlerde her bir hattın akımı, %12,5 olacaktır.

Şekil 9.173 : 15 kA Tip1 (sınıf B ) koruma cihazı



9.19.6. (Up) Gerilim koruma seviyesinin tayini

Aşırı gerilimlere karşı koruma cihazları ekipmanların dayanım gerilimlerine

uygun olmalıdır. Bu dayanım gerilimi, ekipmanın tipine ve aşırı gerilime

karşı hassasiyetine bağlıdır.

Şekil 9.174: Ekipmanların aşırı gerilime olan dayanımları ile ilgili örnekler.



9.20. Çok Seviyeli Koruma için Gereklilikler.

Bazı zamanlarda koruma seviyesiyle birlikte gerekli akım kapasitesini

sağlayan aşırı gerilime karşı koruma cihazı bulmak mümkün olmaz. Bu

durumlarda koruma sistemi, gerekli akım kapasitesine sahip olan ilk

koruma cihazı, tesisin girişine (mümkün olduğunca yıldırımın giriş

noktasına yakın); ikinci cihaz korunan ekipmanın mümkün olduğu kadar

yakınına yerleştirilmek üzere iki veya daha fazla seviyeye sahip olmalıdır.

Aşırı gerilimlere karşı koruma cihazı ve korunan ekipman arasındaki

mesafe 10 metreden az olmalıdır; eğer bu mesafe fazla ise ikinci koruma

cihazı mutlaka tesis edilmelidir.

Tesise giren telekomünikasyon hatlarının, tüm aşırı gerilime karşı koruma

cihazları ile koruma bağlantıları, mutlaka eş potansiyel olacak şekilde

korumalıdır.

9.20.1. Aşırı Gerilimlere Karşı Koruma Cihazlarının

Seçimi ve Tesis Edilmesi

9.20.1.1. Güç besleme sistemleri

Darbe gerilimlere karşı koruma cihazlarının gereklilikleri ve şartları

yıldırıma karşı koruma ve darbe gerilimlerine karşı koruma sistemlerinin

tipine ve tesis edilme durumlarına bağlıdır. Sabit yapıların bir parçası

olarak yerleştirilen tesis sahasında seçilen darbe gerilimine karşı koruma

cihazları *: Surge Protection Devices – SPD+’nı tip 1, 2, 3 olmak üzere

yüklerin cinsine ve şartlara göre sınıflandırılır.

Deşarj kapasitesi, dikkate alındığında en yüksek gereklilikler tip 1

SPD’lerde sağlanmaktadır. Bunlar 0 ve 1 bölgesi sınırlarında yıldırım ve

darbe gerilimi koruma kapsamı içine yerleştirilirler (bkz şekil 9.175) .



Şekil 9.175 . Güç besleme sisteminde SPD darbe koruma sisteminin kullanımı

Bu koruma cihazları, ekipmanda hasar meydana gelmeyecek şekilde

10/350 μs, dalga şeklindeki yıldırım akımlarını taşıyabilecek kapasitede

olmalıdır. Tip 1 SPD’ler, yıldırım akım tutucuları olarak adlandırılır. Bu

cihazların fonksiyonu yapıdan elektrik tesisine sızan yıkıcı kısmi yıldırım

akımlarını önlemektir.

Koruma bölgesi LPZ 1 ve LPZ 2 arasında Tip 2 SPD tesis edilir. Deşarj

kapasiteleri 10 kA (8/20 μs).civarındadır.

Yıldırım ve darbe koruma sistemine ait son bağlantı tüketici

terminallerinde (lpz2 ve LPZ3 arası) Tip 3 SPD kullanılır. Bunlar özellikle

anahtarlama darbe gerilimlerine karşı koruma için tesis edilirler

Tablo 1 , VDE, IEC ve EN e göre SPD lerin sınıflandırması göstermektedir.



Tablo 9.26. Darbe koruma cihazlarının standartlara göre sınıflandırılması

9.20.2. SPD’lerin Teknik Karakteristikleri

9.20.2.1. Maksimum sürekli gerilim UC

Maksimum sürekli gerilim (nominal gerilime eşittir) işletme sırasında

darbe koruma cihazının terminallerine uygulanabilecek maksimum

gerilimin RMS efektif değeridir. Sitem nominal gerilim değerinde iletime

geçmeyecek gerili değeridir. UC‘nin değeri korunacak sistemin nominal

gerilimine ve IEC 60364-5-534 de ön görülen şartlara göre seçilir.

9.20.2.2. Darbe akımı Iimp

Bu 10/350 μs dalga şekli ile standartlaştırılan akımdır. Parametreleri doğal

yıldırım akımının neden olduğu yük ile aynıdır. Yıldırım darbe akımı Tip 1

SPD’lere uygulanır. Ekipman zarara uğramaksızın bir kaç defa yıldırım

darbe akımı deşarjını taşıyacak kapasitede olmalıdır.



9.20.2.3. Nominal deşarj akımı In

Nominal deşarj akımı darbe koruma cihazının SPD üzerinden akan akımın

tepe değeridir. Bu akım 8/20 μs darbe akım dalga şeklinde olup Tip 2

SPD’nin nominal değeri ve aynı zamanda Tip1 ve 2 testleri için de

geçerlidir.

9.20.2.4. Gerilim koruma seviyesi Up

SPD nin gerilim koruma seviyesi SPD nin terminallerindeki maksimum ani

gerilim değerine tekabül eder. Aynı zamanda rezidüel seviyeye ait sınır

darbeyi karakterize eder.

SPD nin tipine bağlı olarak aşağıda verilen testlerle belirlenir.

Yıldırım darbe kıvılcım atlama gerilimi 1.2/50 μs (100%)

Nominal deşerj akımında rezidüel gerilim

Darbe koruma cihazları tesise uygun şekilde IEC 60664 de açıklanan aşırı

gerilim kategorilerine uygun olarak seçilirler. Sabit tesislerdeki ekipmanlar

için 2,5kV gerilimin gerekli olduğu mutlaka göz önüne alınmalıdır. Devre

terminallerindeki ekipmanlar 2,’kV dan çok daha az gerilim koruma

seviyesinde korunmalıdır.

IEC 60364-4-534 de 230/400 V AG tüketici istasyonları için 2,5 kV

seeviyeyi şart koşmuştur. Minimum gerilim koruma seviyesi Tip 1 SPD ve

Tip 2 SPD lerle veya yıldırım akımı tutucusu ile darbe tutucusu

birleştirilmiş sistemlerle gerçekleştirilir.



9.20.2.5. Kısa devre dayanım kapasitesi

Bu değer cihazın üst tarafına artcı koruma için sigorta yerleştirilmesi

durumunda muhtemel güç frekansında darbe koruma cihazı tarafından

kontrol edilen kısa devre akımıdır.

9.20.2.6. UC geriliminde Akan akımı söndürme kapasitesi Ifi

UC gerilimi uygulandığında otomatik olarak söndürülebilen akımın rms

değeridir. Bu akım sevreden akakabilecek maksimum kısa devre akımına

göre veya artcı sigortanın değerlerine göre belirlenir. IEC 60364-5-534 ve

EN 61643-11 (VDE 0675 Part 6-11)’e göre nötr iletkenler ve PE iletkenler

arasına bağlanan SPD’ler çalıştığında akım söndürme kapasitesi Ifi≥

100Arms olmalıdır.

Yüksek değerdeki akım sınırlaması, ana akım değerinin çok yüksek olması

durumlarında; darbe koruma cihazlarının üst tarafına yerleştirilen ve

yüksek akım değerlerinde açma yapan koruma elemanlarıyla sağlanır.

Özellikle AG koruma seviyesinde, akan akımın sınırlandırılması elektrik

tesisinin kullanılabilirliği açısından önemli bir parametredir.

9.20.3. Koordinasyon

Çeşitli SPD’ler arasında seçici işlemi sağlamak için, SPD’ler arasında bir

enerji koordinasyono kesinlikle şarttır. Her bir koruma safhası gerçekleri

tarafından karakterize edilen enerji koordinasyonun temel prensibi enerji

enterferans miktarını herhangi bir olumsuzluğa yol açmadan deşarj

etmektir. Eğer daha yüksek enterferans enerjileri meydana gelirse;

SPD’den önceki koruma kademesi, darbe akımının deşarjini üstüne alır ve

alttaki koruma cihazını kurtarır.



9.20.4. TOV Gerilim

TOV gerilimi, yani geçici aşırı gerilim, OG ve AG şebekelerindeki sistem

hataları nedeniyle ortaya çıkan geçici darbelerdir. TN sistemlerde ve aynı

şekilde TT sistemlerde faz ile nötr arasında ve 5 saniye uygulama

süresinde U0 faz-toprak nominal gerilimi olmak üzere UTOV = 1.45 x U0, dır.

TOV gerilimleri, faz–toprak hatalarında ortaya çıkar, TT sistemlerde bu

gerilim N-PE arasında 200 ms için UTOV = 1200V olarak göz önüne

alınmalıdır.

9.20.5. Değişik sistemler için SPD’lerin kullanımı

Hayat tehlikesine karşı korumak için alınacak tedbirler, daima önceliklidir.

Bu nedenle AG sistemlerinin TN, TT, IT şebeke yapılarında aşırı gerilimlere

karşı koruma sağlanmalıdır. Şebeke tertiplerine uygun özellikte SPD’ ler

kullanılması uygundur.

Genellikle çeşitli sistemler için

Aşırı akım koruma cihazları,

Rezidüel akım koruma cihazları,

İzolasyon izleme cihazları,

Hata gerilim işletmeli koruma cihazları (özel durumlarda)

kullanılmaktadır.

Bu cihazlar

TN sistemlerde

Aşırı akım koruma cihazları ,



Rezidüel akım koruma cihazları olarak

TT sistemlerde

Aşırı akım koruma cihazları ,

Rezidüel akım koruma cihazları

Hata gerilim işletmeli koruma cihazları (özel durumlarda) olarak

IT sistemlerde

Aşırı akım koruma cihazları

Rezidüel akım koruma cihazları

İzolasyon izleme cihazları kullanılır.

9.20.5.1. SPD cihazlarının TN sistemlerde kullanılması

TN sistemlerde dolaylı şok tehlikesine karşı koruma için aşırı akım ve

rezidüel akım koruma cihazlarının kullanımı öngörülmüştür. SPD’lerin

kullanımı için, bu anlamda söz konusu koruma cihazlarının SPD’lerde

oluşabilecek hatalardan veya hatalı çalışmalardan dolayı, dolaylı şoklara

karşı koruma için alt tarafta düzenlenir. Eğer tip1 ve tip 2 SPD, rezidüel

akım koruma cihazının alt tarafına tesis edilmişse; PE’ye deşarj olan darbe

akımından dolayı koruma sağlanır.

Şekil 9.176. SPD cihazlarının TN-C sistemlerde tesis edilmesi



Şekil 9.177. TN-S sistemlerde SPD cihazlarının 4+0 şeklinde tertiplenmesi

Şekil 9.178. TN-S sistemlerde SPD cihazlarının 3+1 şeklinde tertiplenmesi



Şekil 9.179 . TN-C-S sistemlerde SPD cihazlarının tertiplenmesi

Şekil 179’da verilen TN-C-S sistemde tali panoda Tip 2 SPD ve bağlantı

elemanı için Tip 3 SPD tesis edilecektir. Aynı durum diğer TN sistemler

içinde geçerlidir.

Bağlantı iletkenlerinde genellikle faz nötr iletkenleri arasında açma

kapama sırasında veya toprak hatası durumlarında aşırı gerilim darbeleri

meydana gelir. Bu elemanları darbe gerilimine karşı koruyacak Tip 3 SPD

cihazları, nominal deşerj akım kapasitesi 1,5 kA olacak şekilde dizayn

edilirler. Şekilde görülen RCD cihazı söz konusu darbe akımını

kaldırabilecek kapasitede olmalı ve açma sırasında cihazda herhangi bir

hasar meydana gelmemelidir.



Şekil 9.180. TN-S sistemlerde SPD cihazlarının tertiplenmesi

9.20.5.2. TT sistemlerde SPD lerin kullanılması

TT sistemlerde dolaylı elektrik şoklarına karşı koruma için, aşırı akım

koruma cihazları, rezidüel akım koruma cihazlar ve özel durumlarda hata

gerilimi işletmeli koruma cihazları kullanılır. TT sistemlerde yıldırım akımı

tutucuları ve darbe gerilim tutucuları, SPD’lerde hata olması durumunda;

dolaylı şoklara karşı koruma için yukarıda açıklanan koruma cihazlarının

alt tarafında düzenlenirler.

Eğer Tip 1 SPD’ler kullanılmışsa, deşarj olan kısmi yıldırım akımının

dinamik etkisi ile RCD tahrip olur. Aynı durum TN sistemler içinde

geçerlidir. Bu nedenle tip 1 ve tip 2 SPD’ler daima RCD’lerin üst tarafına

yerleştirilir. TT sistemlerde Tip1 ve Tip 2 SPD’ler faz iletkenleri ile nötr

arasında düzenlenir.



Şekil 9.181 230/400 V TT sistemlerde SPD’lerin 3+1 olarak tertiplenmesi

TT sistemlerde bir toprak hatası sonucu nötrde tehlikeli boyutta gerilim

yükselmeleri meydana gelir. Bu gibi durumlarda N-PE tutucu adı verilen

cihaz kullanılmalıdır.

Şekil 9.182. TT sistemlerde SPD’lerin tertiplenme şekilleri



Tip 2 SPD’ler faz hattı ile nötr hattı arasına da bağlanabilirler. N ve PE

arasına tesis edilecek SPD’ler Tip 2 SPD ile kombinasyonunda deşarj

kapasitesi en az 3-fazlı sistemlerde In ≥ 20 kA (8/20 µs) ve tek fazlı

sistemlerde In ≥10 kA (8/20 µs) olmalıdır.

Koordinasyon en kötü şartları (10/ 350 µs dalga şekli) ele alınarak

sağlandığından, N-PE Tip 2 tutucu 12 kA (10/350 µs) değeri esas alınarak

belirlenir. Bu sistemde de RCD’lerin darbe akımlarına dayanacak

kapasitede seçilmesi çok önemlidir.

9.20.5.3. IT sistemlerde SPD lerin kullanılması

IT sistemlerde dolaylı elektrik şokları tehlikesine karşı korunmak için, aşırı

akım koruma cihazları, rezidüel akım koruma RCD cihazları ve izolasyon

izleme cihazları kullanılır.

TN veya TT sistemlerinin kullanıldığı yerlerde dolaylı şok tehlikelerine karşı

koruma ilk hata ortaya çıktığında RCD’ler veya aşırı akım koruma cihazları

üzerinden akan hata akımı algılanarak uygun otomatik açma sistemi

vasıtasıyla hatalı bölüm beslemeden ayrılır. IT sistemlerde ilk hata ortaya

çıktığında sadece bir toprak hatasının ortaya çıktığını belirleyen bir alarm

verilir. Sistemin işletmesine devam edilir. Birinci hatada koruma iletkeni

herhangi bir risk meydana getirmeyecek potansiyeli üzerinde taşır. Zira

personelin temas ettiği metal aksamlar ve metalik gövdeler, koruma

iletkeni üzerinden aynı potansiyeli üzerine aldığından insan hayatı için risk

oluşturacak bir potansiyel farkı meydana gelmez. Böylece tehlikeli

olmayan potansiyel farkları üzerinden köprülenirler.

Birinci hata ortaya çıktığında dış iletkenler arasındaki gerilime uygun

olarak iletken toprak geriliminin meydana geldiği mutlaka göz önüne

alınmalıdır. Böylece 230/400 V, IT sistemde SPD hatası durumunda,

hatasız SPD’ye göre 400 V gerilim meydana gelir.



Şekil 9.183. Nötr iletkensiz IT sisteminde SPD’lerin 3+0 şeklinde tertiplenmesi

Şekil 9.184. Nötr iletkene sahip 1-fazlı yüklerin bağlanabildiği IT sistemde SPD

lerin 4+0 şeklinde tertiplenmesi



Şekil 9.185 . Nötr iletkenli IT sistemde SPD’lerin düzenlenmesi

Şekil 9.186. Nötr iletkensiz IT sistemde SPD lerin düzenlenmesi .



Dolaylı temaslara karşı koruma için koruma cihazları ile bağlanan IT

sistemlerde Tip 1 ve 2 SPD’lerin RCD’lerin giriş tarafında olmasına dikkat

edilmelidir.

9.20.6. SPD’lerin bağlantı hatlarının uzunluğu

Darbe koruyucu cihazların bağlantı hatlarının uzunluğu IEC 60364-5-534

tesis yönergesinde belirlenmiştir. Aşağıdaki görüşler sık sık ortay çıkan

teknik uzman kuruluşların belirlediği ortak problemlerdir.

9.20.6.1. IEC 60364-5-534 ye uygun olarak yapılan V şeklinde seri

bağlantı

Tüketicilerin, ekipmanların ve sistemlerin korunmasında en önemli faktör

korunacak tesisteki darbe gerilimin gerçek seviyesinin belirlenmesidir.

Optimum koruma seviyesi etkisi, darbe koruma cihazı tarafından sağlanan

baştan başa korunacak tesisin darbe koruma seviyesi belirlendiğinde

gerçekleştirilir.

Bundan dolayı, IEC 60364-5-534 tarafından şekil 9.187’de verilen V

şeklindeki seri bağlantının yapılması önerilir. Bu bağlantı şeklinde koruma

cihazının bağlantısı için ayrı iletken bağlantısının yapılmasına gerek yoktur.



Şekil 9.187 . Seri bağlantıda koruma cihazının bağlanması

9.20.6.2. IEC 60364-5-534 e göre paralalel bağlama

Optimum seri bağlantı sistemi tüm sistem şertları altında kullanmak her

zaman mümkün olmaz . Seri bağlantının bir bölümü olarak darbe koruma

cihazının çift terminalleri üzerinden taşınan nominal akımlar çift

terminallerinin termal yüklenebilme kapasiteleri tarafından

sınırlandırılırlar. Bu nedenle darbe koruma cihazı imalatçıları nominal

işletme akımından daha yüksek akımlarda; bazı durumlarda seri

bağlantıların kullanılmasını, belirlenen maksimum izin verilen değerin

üzerinde cihazı koruyan artçı koruma sigortaları olmaksızın kullanımını

yasaklamışlardır.

Bu durum, şekil 9.188’de verildiği gibi iki iletken terminali kullanarak

çözülür. Böylece nominal işletme akımı artsa dahi kablo uzunluklarının

kısa olması sağlanır. İki iletken terminali kullanıldığında artçı koruma

sigorta değerleri imalatçılar tarafından belirlenmelidir.

Eğer seri bağlantı kesinlikle bir tercih değilse, darbe koruma cihazları ayrı

branşman devreleri içine entegre edilmelidir. Eğer sonraki üst tesis

sigortasının nominal değeri darbe koruma cihazının artcı sigortasının



maksimum izin verilen değerini aşarsa koruma cihazı için artçı koruma

sigortası tesis edilmelidir

Şekil 9.188. İki iletken terminal (TCT) prensibinin tek kutuplu unite için

açıklanması

Şekil 9.189. Kablo branşmanları üzerinde darbe koruma cihazlarının bağlantısı



İletken branşmanı üzerindeki darbe koruma cihazı çalıştığında, sonraki

elemanlar üzerinden akan deşarj akımı empedanslar boyunca ilave

dinamik gerilim düşümlerine neden olur. Burada endüktif bileşenin

yanında omik bileşen ihmal edilir.

LdtdıRıUdyn .. LL.Ldtdtdd

ı. bağlantısı hesaba katılarak Udyn dinamik gerilim

değeri endüktif bileşen tarafından belirlenir. Dinamik gerilim düşümünü

düşük tutabilmek için bağlantı kablosunun mümkün olduğunca kısa olması

gerekir. Bu nedenle IEC 60364 -5-534 branşman devrelerinde darbe

koruma cihazlarının toplam bağlantı kablo uzunluğunuın 0,5 metreden

daha uzun olmaması tavsiye edilir. Bağlantı tarzları şekil 9.190’da

verilmektedir.

Şekil 9.190. Branşman devrelerinde tavsiye edilen maksimum kablo uzunlukları



9.20.6.3. Toprak tarafında bağlantı hatlarının tasarımı

Bu görünüşte gerçekleştirilmesi zor gibi görünen gereklilik ve şekil 9. 191 a

ve b de verilen örnekte açıklanacaktır.

9.191. Tavsiye edilen maksimum kablo uzunlukları göz önüne alınarak

gerçekleştirilen Darbe koruma cihazlarının SPD bağlantıları

Şekil 9.191.a’da her iki ölçü, ayrı olarak tesis edilmiştir. Bu durumda PEN

iletkeni eşpotansiyel bağlantı barasına ve darbe koruma cihazının

topraklama bağlantısı ayrı bir eşpotansiyel bağlantısı üzerinden

gerçekleştirilmiştir. Böylece darbe koruma cihazlarının efektif kablo

uzunluğu (la) f darbe koruma cihazlarının tesis edildiği yer ile ana dağıtım

panosu, giriş kutusu arasındaki mesafeye uygun hale getirilir. Bağlantı

konfigürasyonunun bu tipi çoğunlukla tesisin minimum efektif korumaya

gerek duyulduğu yerlerde gerçekleştirilir.

Şekil 9.191.b’de yüksek maliyet gerektirmeden darbe koruma cihazlarının

efektif kablo uzunluğunu azaltmak için (lb < 0.5 m) iletken bağlantıları

kullanılır.



9.20.6.4. Faz tarafına kablo bağlantı hatlarının tasarımı

Faz tarafındaki kabloların uzunluğu mutlaka göz önüne alınmalıdır.

Geniş kontrol sistemlerinde, ana busbarlar kontrol cihazları ile donatıldığı

gibi şekil 9.192’de görüldüğü gibi ayrıca tüketici baralarıda darbe koruma

cihazları ile mutlaka donatılmalıdır

Şekil 9.192. Bir tesiste darbe koruma cihazlarının düzenlenmesi, kablo uzunlukları

1. tesis tarafında doğrudan beslenme sisteminin ana baralarında darbe

koruma cihazları yer alır. Bu tüm tüketiciler için aynı seviyede koruma

sağlar. Busbar sistemleri, kablo ve iletkenlerle karşılaştırıldığında daha

düşük endüktansa (yaklaşık ¼ ü kadar) sahip olduğundan daha düşük

endüktif gerilim düşümüne sahiptir. Bundan dolayı busbarların uzunluğu,

kesinlikle göz ardı edilmemelidir. Bağlantı kablolarının tasarımında

koruma cihazlarının etkinliği üzerindeki faktörler göz önüne alınmalı ve

mutlaka tesisin tasarım safhasında bu faktörlere göre düzenleme

yapılmalıdır.



9.20.6.5. Kesitlerin değerleri ve darbe koruma cihazlarının artçı

koruması

Darbe tutucularının bağlantı hatları, darbe akımları, işletme akımları ve

kısa devre akımları ile belirlenen yüklere bağlıdır. Her bir yük çeşitli

faktörlere bağlıdır. Bunlar

Şekil 9.193.a’da verilen tek çıkışlı veya b’de verilen iki çıkışlı

koruma devresi tipleri

Şekil 9.193. Koruma devresi tipleri

Darbe tutucunun tipleri: Yıldırım akım tutucusu, kombine yıldırım

akımı ve darbe gerilimi tutucusu, Darbe koruma cihazları

Akan akımlar üzerindeki tutucuların performansı: Akan akımın

söndürülmesi ve akan akımın sınırlandırılması

Eğer koruma cihazı, şekil 193.a’daki gibi tesis edilmişse; S2 ve S3 bağlantı

kabloları DINVDE 0100 bölüm 530’a uygun olarak kısa devre koruma

kriterlerine ve darbe akım taşıma kapasiteleri değerlerinin belirlenmesi

gerekekir. Koruma cihazlarının veri sayfalarında maksimum izin verilen

bakım, imalatçı tarafından açıklanmalı ve bu şekilde cihazların artçı



korumalarını sağlamak için gerekli sigorta değerleri belirlenmelidir.

Cihazlar tesis edilirken, mutlaka cihaz üzerinden akacak kısa devre

akımının gerçek değeri artçı korumayı sağlayabilecek değerde olmalıdır,

yani artçı korumayı sağlayacak sigortaların bu kesme işlemini

gerçekleştirecek değerde olması gerekmektedir. Bağlantı iletkenlerinin

kesiti aşağıda verilen ifade yardımıyla belirlenir:

tISk .22.2 I

Bu ifadede

k Materyal sabiti A.s/mm2 Tablo 9.27

S Bağlanti iletkeninin kesiti mm2

I Kısa devre akımı Amper

t Kısa devre meydana geldiğinde izin verilen ayırma süresi

Tablo 9.27. Farklı izolasyon materyalleri için Bakır ve Aliminyum iletkenlerin k

materyal sabiti .

Eğer tesiste meydana gelebilecek kısa devre akımı darbe koruyucuların

kısa devre dayanım kapasitesinden daha yüksekse darbe koruyucular,



dayanabileceği maksimum kısa devre akımının 1/1,6 değerinde açma

yapabilecek sigortalarla artçı olarak korunmalıdır. Darbe akımının

davranışı, darbe koruyucu cihazların artçı koruma sigortalrının

değerlerininin belirlenmesinde mutlaka göz önüne alınması

gerekmektedir. Tablo 39.28’de yıldırım akımının nominal değerinin

fonksiyonu olarak sigortaların performansları açıklanmaktadır.

Tablo 9.28. NH sigortaların performansları

9.20.6.6. Yıldırımdan Koruma Bölgesi Kavramı

Yıldırımdan koruma sistemi, yapılardaki insan hayatını ve varlıkları

koruyan bir sistem olmasına rağmen yıldırım deşarjından meydana gelen

transiyen yüksek enerji darbelerine karşı duyarlı olan elektrik ve

elektronik sistemleri koruyamaz. Yapıların içinde yönetim, haberleşme,

kontrol ve emniyet sistemleri gibi tesisler bulunmaktadır. Bu sistemler,

yapılar içinde günlük hayatın gerektirdiği sistemlerdir. Binaların ve

yapıların içindeki elektrik ve elektronik sistemlerin yıldırım elektro

manyetik darbe [:LEMP = Lightning Electromagnetic PulsE] etkilerine karşı

korunması Yıldırımdan Koruma Bölgeleri *:LPZ=Lightning Protection



Zones] prensipleri esas alınarak belirlenir. Binalar ve yapılardaki

sistemlerin korunması Şekil 9.194’de görüldüğü şekilde koruma

bölgelerine ayrılarak planlanır

Şekil 9.194. Yıldırım koruma bölgeleri



SON SÖZ

Bu notların hazırlanmasında 2009’da yitirdiğimiz Sayın M.Turgut

Odabaşı’nın değerli katkılarını anmadan geçemeyiz. Botaş’ta Elektrik

Mühendisliği yapmakta olan Turgut Odabaşı, çeşitli kaynaklardan

hazırladığı notları önce Elektrik Tesisat Mühendisleri Dergisinin çeşitli

sayılarında meslektaşlarına yararlı olmak üzere yayınladı. Nur içinde

yatsın.

Kendisinin hazırladığı notlardan yararlanarak, notlarının bir kısmını Bileşim

Yayınevi aracılığı ile yayınlamıştık. Onun notlarından ve diğer

kaynaklardan yapacağımız diğer derlemeleri ise EMO kanalıyla

yayınlanması kendi isteğiydi. Ancak bu isteğini hemen gerçekleştirmek

mümkün olmadı.

Toplamı 9 ana bölüm ve 1700’e yakın sayfada toplanan ‘Elektrik Kuvvetli

Akım’ ile ilgili bu notların son bölümünü oluşturan “Koruma Kontrol ve

İzleme” ile ilgili bu cilt, toplam üç ana grupta ayrı ayrı yayınlamayı uygun

gördük; Koruma ile ilgili ilk kitapta genel olarak koruma sistemlerine

başlangıç yapıldı; bu sistemlerin detaylı incelenmesi ve işletme tarzları

üzerine açıklamalar yapıldı. Şebeke koruması, özellikle güç sistemlerinin

korunması üzerine yoğunlaşıldı. YG Busbar koruma, Transformatör,

Jeneratör, Motor korumaları anlatıldı. Kısa devreye krşı koruma,

kondansatörlerin korunması, tabii en temel olarak yıldırımın zararlarından

korunma detaylandırıldı. Sigortalar, aşırı gerilime karşı çok seviyeli koruma

ve YG altında korumaya ilişkin pekçok şey toplam 290 sayfada incelendi.

Elektrik Tesisat Notları olarak, Sayın Odabaşının değerli çalışmasından da

yararlanarak hazırladığımız bu çalışmanın EMO kanalı ile yayınlanması için

başından beri desteğini esirgemeyen Orhan (Örücü) Ağabeyimize,

derlemenin hazırlanmasında katkılarından dolayı Emre (Metin) ve Hakkı

(Ünlü) kardeşlerime teşekkürü borç bilirim.



Bu tür mesleki yayınların e-kitap olarak çok düşük bedeller ile

meslektaşlarına kazandırmak için bu yayın portalını oluşturma kararı alan

42. Dönem EMO Yönetimine öncü rölünden dolayı kutlarım.

E-Kitabı Derleyen ve Yayına Hazırlayan

İbrahim Aydın Bodur

EMO YAYIN NO:EK/2011/11

TURGUT ODABAŞI

TMMOB Elektrik Mühendisleri OdasıIhlamur Sokak No:10 Kat:2 Kızılay/AnkaraTel: (312) 425 32 72 Faks: (312) 417 38 18http:www.emo.org.tr E-Posta: [email protected]

EMO Yönetim Kurulu 42. Dönem‘de(Kasım 2010) bir yayın portalı oluşturdu. Bu yayın portalı üzerinde,daha önce de sürdürmekte olduğumuz, basılı dergilerimizin İnternet sürümleri, basılı kitaplarımızın tanıtımları ve çevrim içi satın alma olanakları ile doğrudan İnternet üzerinden bilgisayarınıza indirebileceğiniz e-kitapları çok düşük bedellerle edinebilme olanağına sahip olacaksınız.

İnternet sitemiz üzerinden e-kitap dağıtım hizmetini, yakında hizmete İnternet sitemiz üzerinden e-kitap dağıtım hizmetini, yakında hizmete girecek olan EMO Yayın Portalı‘nın öncülü olan, sitemizin yayın bölümünde yer alan e-kitaplarla uzunca bir süredir veriyorduk. Yayınlarımızı izleyenler hatırlayacaktır, ilk e-kitabımız, EMO üyesi Arif Künar‘ın "Neden Nükleer Santrallere Hayır" kitabının PDF baskısıydı. Hükümetin Akkuyu‘da nükleer santral kurma inadı maalesef hala kırılamadı. Dört yıl önce bastığımız bu kitap hala güncel!....güncel!.... EMO‘nun İnternet sitesi üzerinden hizmete giren bu yeni sitemizde yeni e-kitaplarla hizmete açıldı. Sizlerde varsa yayınlamak istediğiniz kitaplarınızı, notlarınızı bize iletebilirsiniz. Bu yayınlar yayın komsiyonumuzun değerlendirmesinden sonra uygun bulunursa yayınlanacak ve eser sahibine EMO ücret tarifesine göre ücret ödenecektir.E-Kitaplar tarafımızdan yayınlandıkça üyelerimize ayrıca epostaE-Kitaplar tarafımızdan yayınlandıkça üyelerimize ayrıca eposta ile iletilecektir.

Saygılarımızla Elektrik Mühendisleri Odası42. Dönem Yönetim Kurulu

e-kitap

ELEKTRİK KUVVETLİ AKIM (9)Koruma Kontrol ve İzleme 1

Documents

9 Koruma Kontrol Izleme 1