Açma sanatı ve destekleyici sanatı

Açma ve kontrol uygulamalarında gerekli yardımcı rölelerin esasları

 

Bazı uygulamalarda, röle kontaklarının ağır ve yüksek endüktif akımları taşıyacak şekilde sınıflandırılması gerekebilir ve bu, büyük kontaklar ve yüksek kontak basınçları gerektirir.

 

Yardımcı röleler, açma ve kontrol uygulamalarına en iyi şekilde uyması için çeşitli seviyelerde işlevsellik sunar. Elektrik tesisleri, enerji üretimi, elektrik trafo merkezleri, ulaşım, sanayi, petrol ve gaz, yiyecek ve içecek, su arıtma, madencilik, mineraller ve metaller gibi birçok kontrol uygulamasında kurulu olarak bulunabilirler.

 

İçindekiler:

1. Genel olarak yardımcı röleler
2. Yardımcı röle türleri
   1. Anlık açma röleleri
   2. Açma devresi denetim röleleri
   3. Açma ve kilitleme röleleri
   4. Yardımcı besleme devresi denetim röleleri
   5. Zaman gecikmeli röleler (veya zamanlayıcılar)
   6. Düşük gerilim röleleri
   7. Düşük frekans röleleri

 

1. Genel olarak yardımcı röleler

Temel devre kesici açma şemalarının örnekleri Şekil 1'de verilmiştir. Ara açma rölelerinin dezavantajı, arıza giderme sırasına başka bir aşama ekleyerek genel arıza giderme süresini artırmalarıdır. Bu nedenle optoizolatörler, reed röleler ve katı hal anahtarları gibi alternatifler, iyi izolasyon ve daha hızlı yanıtlar sağlamak için düşünülebilir.

 

Enversör 'ya hep ya hiç' röleleri, yardımcı ve açma sınıflarına ayrılabilir. Açma röleleri aşağıdaki özelliklere sahip olmalıdır:

1. 10 milisaniyeden daha kısa çalışma süreleri ile hızlı.
2. Devre kesici açma bobinlerini çalıştırmak için yüksek çalışma kontağı değerleri.
3. Mekanik olarak kararlı ve darbeye dayanıklı.
4. Hatalı çalışmaya eğilimli olmamalıdır.
5. Röle kasasında görsel bir "bayrak" veya çalışma göstergesi bulundurun.

 

(!) Röle kontakları, normal enerjisiz durumda "normalde açık" (N.O.) veya "normalde kapalı" (N.C.) olarak adlandırılır. Şematik diyagramları anlamak için, bu N.O. veya N.C. durumunun, kendi devresine dahil edildiğinde rölenin olağan durumu ile hiçbir ilgisi yoktur.

 

Atma veya iki durumlu röle kontakları için konvansiyon, başlatma cihazı normalde açık durumdayken geçerli olacak durumda gösterim amaçlıdır. Yardımcı anahtarlar, devre kesiciler için devre kesici ana kontakları açık konumdayken gösterilir.

 

Şekil 1 - Temel devre kesici açma başlatma şemaları

 

Standart IEC 60255 'Ölçüm röleleri ve koruma ekipmanı', aşağıdaki nominal DC röle bobin gerilimlerini verir: 6 V, 12 V, 24 V, 48 V, 60 V, 110 V, 125 V, 220 V, 250 V ve 440 V. Ya hep ya hiç röleleri için IEC tercih edilen çalışma voltajı nominalin %110 ila %80'idir. Sistem tasarımcısı, akü sistemlerini ve röle bobin voltajlarını eşleştirirken dikkatli olmalıdır.

 

Gaston Planté kurşun-asit hücreleri kullanıldığında 110 V nominal DC sistemi, yaklaşık 124 V DC'lik bir kayan yüke sahip olacaktır. Bu nedenle 110 V bobinler değil 125 V röle bobinleri kullanılmalıdır. Ek olarak, deşarj süresinin sonunda trafo akü voltajı minimum %80'in oldukça altında olabilir.

 

Örneğin, İngiliz Elektrik Tedarik Standartları bunu kabul etmiştir ve beyan geriliminin <%53'ünde garantili açma işlemi belirtilmiştir. Bu, denizaşırı üreticilerin karşılaması zor bir gerekliliktir ve muhtemelen aşırı katıdır. %110 ila %70'lik bir çalışma voltajı aralığı belirtmek veya trafo merkezi pilini biraz fazla büyütmek mümkündür.

 

Toprak arıza akımları nedeniyle açma devrelerinin hatalı çalışmaması esastır.

 

Şekil 2'de gösterilen devrede, koruma rölesi kontağı ile açma rölesi arasındaki kablodaki bir toprak arızası, akünün negatif tarafındaki kablo kapasitansı boşalırken röleden akım geçmesine neden olabilir. Bir iletim voltajı trafo merkezinde, trafo merkezinin yardımcı besleme aküsüne kalıcı olarak bağlı büyük miktarda ikincil kablo vardır.

 

Şekil 2 – Açma rölesi çalışması üzerindeki toprak arızalarının etkisi: (a) tipik şönt takviye kontaktör sistemi; (b) toprak kaçağı yolu

 

 

Bu nedenle, bir açma rölesi için standart bir test, röle bobini boyunca 150 V'a şarj edilmiş bir 10 Farad kapasitör bağlandığında çalışmaması gerektiğidir. Trafo merkezi pili merkez noktası dirençle topraklanmışsa, akımın dolaşması için başka bir yol da vardır.

 

Maksimum toprak arıza akımını yaklaşık 10 mA ile sınırlamak için bu direnci boyutlandırmak olağandır. Çok hafif hizmet tipi yardımcı röleler kesinlikle bu akım seviyesinde çalışacağından, sahte sinyallerden kaçınılması isteniyorsa koruma açma şemalarında kullanılmamalıdır.

 

Tablo 1 – ABB'nin açma rölelerinin performansı

 

Üretici: ABB	Ağır (düğme kontakları)	Orta (parmak teması)	Hafif (kamış rölesi)
Akım taşıma kapasitesi (1 s)	30–75A	50 A	2.4 A
Sürekli ölçme	6–10A	5 A	2 A
Akımı L/R10 ms yapma	30 A	30 A	2 A
Kapasiteyi aşma:
• DC L/R	10–20A	4 A	1 A
• DC L/R	0.7–5A	0.3 A	0.16A
Çalışma süreleri	35–50ms	20–40ms	1–5ms
Çalışma yükleri	2.7–4W	1.5W	0.8W

 

Tipik bir açma rölesi Şekil 3'te gösterilmiştir. Çekilmiş armatür rölesi, yüksek akım seviyelerinde yüksek hızlı (20-40 ms) çalışma için kullanılır. Koruma rölesi kontağının, açma rölesi akımını kesmesi veya uzun bir süre sürdürmesi gerektiğinde zarar görmesini önlemek için, işlem tamamlandığında bobin akımını kesen kendi kendini kesen bir kontak dahil edilmiştir.

 

Kendi kendini sıfırlayan röleler için, röle çalıştıktan sonra akımı sınırlamak için bobine seri olarak bir "ekonomik" direnç yerleştirilir.

 

Şekil 3 – Sol: Açma devresi denetim rölesi; Sağ: Yardımcı besleme devresi denetim rölesi, RelayAux tipi (Schneider Electric)

 

2. Yardımcı röle türleri

Yardımcı röleler aşağıdaki gruplara ayrılabilir:

2.1 Anlık açma röleleri

Bobine enerji verildiğinde kontakları bekleme konumundan çalışma konumuna anında değişen ani açma röleleri. Bobine enerji verilmediğinde kontaklar dinlenme konumuna geri döner. Bu seri, üreticiye ve modele bağlı olarak standart çalışma sürelerine (20 ms) veya hızlı çalışma sürelerine (8 ms) sahip 2 ve 4 kontaklı röleleri içerir.

 

Ani açma röleleri, doğrudan açma ve kontrol devresine çalışabilir ve genellikle 4 enversör kontağa sahiptir.

 

Şekil 4 - Anlık açma röle kontakları

 

 

Şekil 5 - Anlık hızlı açma röle kontakları

 

2.2. Açma devresi denetim röleleri

Kilit açma röleleri, tek fazlı veya üç fazlı devre kesiciler için kullanılır. Küçük bir denetleme akımı aracılığıyla, devre kesicinin her iki konumunda da (açık veya kapalı) tüm devre denetlenir. Devrenin doğru durumu, rölenin ön plakasında yeşil bir LED ile gösterilir. Röle, devrenin sürekliliğinde bir arıza tespit ederse, çıkış kontakları konumlarını değiştirir.

 

Şekil 6 - Tek fazlı devre kesiciler için açma devresi denetim rölesinin bağlantısı

 

2.3. Açma ve kilitleme röleleri

Bir devre kesici, koruma düzeni tarafından bir kez açıldıktan sonra, açma rölesi sıfırlanana kadar manüel veya otomatik olarak tekrar kapatılamamasını sağlamak için kullanılır. Sıfırlama işlevi manuel veya elektrikli olabilir.

 

Çıkış kontakları için 2 kararlı konumlu açma röleleri. bağlı olarak

bobine enerji verildiğinde kontaklar bir konumdan diğerine değişecektir. Açtırma ve kilitleme rölelerinin tasarımı kalıcılıkta tüketim yapmaz ve her iki bobine aynı anda enerji verilmesini engeller.

 

Bu tür röle, üreticiye ve modele bağlı olarak çalışma süreleri 10 ms'nin altında olan ve manuel sıfırlama olasılığı olan 4 ve 8 kontak içerir. Pozisyon değişikliği, ayrı girişli 2 set bobin ve her bir bobin seti için kırılma alev kontakları ile yapılır.

 

Günümüzde, çalışma süresi ve kesme kapasitesinde yüksek kalite gereksinimlerinin gerekli olduğu açma ve kilitleme uygulamalarına yönelik Hızlı Açma ve Kilitleme rölelerini bulabilirsiniz. Genellikle 4 veya 8 değiştirme kontağı vardır.

 

Şekil 7 – Hızlı Açma ve Kilitleme röle kontakları – Sol: 4 enversör kontaklı; Sağ: 8 enversör kontaklı

2.4. Yardımcı besleme devresi denetim röleleri

Küçük ve güvenilir silikon diyotlar mevcut olduğundan, AC'yi düzeltmek ve sıradan oldukça güvenilir DC röleleri kullanmak günümüzde yaygın bir uygulamadır. AC röleler kullanılıyorsa, tasarım, armatürdeki tutma akısının her yarım döngüde sıfıra düşeceği gerçeğini hesaba katmalıdır. Küçük bakır gölgeleme halkaları bazen, herhangi bir akı ters titreşimini veya röle titreşimini sönümlemeye yetecek bir faz kaymasına neden olmak için kullanılır.

 

Dört enversör kontaklı yardımcı röleler, açma beslemesinin arızasını denetlemeyi amaçlar. Röleyi açma devresi beslemesine bağlayarak, ekipmana normalde enerji verilir. Açma gerilimi kaybolduğunda arızalar meydana gelir, bu nedenle bu durumlarda röle düşer ve ilgili işaret ve alarmları sağlar.

 

Ani besleme gerilimi düşüşlerinden kaynaklanan hatalı alarmları önlemek için, rölenin bırakma süresi 100 ms'nin üzerinde geciktirilir, böylece bu kalıcı olmayan açma besleme arızaları dikkate alınmaz.

 

Şekil 8 – Yardımcı besleme denetim rölesi, RelayAux tipi (Schneider Electric)

 

2.5. Zaman gecikmeli röleler (veya zamanlayıcılar)

Bilinen bir standarttan darbeleri bölmek ve saymak için dijital elektronikler kullanılarak son derece hassas katı hal zamanlayıcıları mevcuttur. Zaman gecikmesi, 50 Hz veya 60 Hz şebekeden, basit bir serbest çalışan RC osilatöründen, dahili bir piezoelektrik kuvars kristal osilatöründen, kalibre edilmiş bir radyo işaretinin alınmasından veya uydu iletiminden türetilebilir.

 

0,02 ila birçok saat arasındaki ayar aralıkları, ayar değerinin %0,3'ünden daha düşük bir doğrulukla elde edilebilir. Clockwork, sarımlı yay mekanizmaları ve senkron motorlar da geçmişte %10'a 1 zaman aralığı ve %5 ila %10 doğruluk seviyeleri ile kullanılmıştır.

 

Gecikmeli sıfırlama rölesi, enerji verildikten hemen sonra çıkış kontaklarının durumunu değiştirmek için düzenlenmiştir. Ayrıca, arz kaybında durum değişikliğinden önce önceden belirlenmiş bir gecikme süresinin geçmesine izin verecektir. Gecikmeli çalıştırma zamanlayıcı rölesi, bobine enerji verilmesini takiben önceden ayarlanmış bir ayarlanabilir sürenin ardından çıkış kontaklarının durumunun değişmesine izin verir.

 

Çalışmayı yavaşlatmak için rölelere basit diyotlar veya RC ağları uygulanabilir. Bu gecikmelerin uygulanması, biraz farklı hızlarda çalışan devreler arasındaki "yarışları" önlemeye yardımcı olur. Bazı 400 V'luk dağıtım havası devre kesici çalıştırma mekanizmalarında mekanik bir amortisör damper cihazı da kullanılır.

 

Şekil 9 - Zaman gecikmeli röle kontakları

Gecikmeli röleler, 16 zaman ayarına (30 ms'den 99 saate kadar) ve 10 farklı fonksiyona (tümü rölenin ön tarafından kolayca ayarlanabilir) izin verir:

• Alış zamanlaması
• Alış zamanlaması hızlanması
• bırakma zamanlaması
• yanıp sönen zamanlama
• Özel zamanlama

 

4 kontaklı bu yardımcı röle, YG ve OG anahtarlama donanımı üzerinde doğrudan eylemi mümkün kılar.

 

2.6. Düşük gerilim röleleri

DC düşük voltaj röleleri, sürekli açma devresi denetimi veya ana trafo DC dağıtım voltajları sağlamak için kullanılır. AC düşük gerilim röleleri, büyük motorları düşük gerilimde, şebeke arıza monitörlerinde ve VT sekonder devrelerinde çalışmaktan kaynaklanabilecek hasarlardan korumak için kullanılır.

 

Yine, katı hal röleleri, doğruluk açısından eski elektromekanik tiplere göre avantajlar sunar ve maliyet cezası olmadan, birbirinin %1'i içinde tipik düşme ve başlatma voltajı ayarlarına sahiptir.

 

Spesifikasyonlar aşağıdaki noktaları kapsamalıdır:

• Tek veya ayarlanabilir ayar
• Ayar veya ayar aralığı gerekli
• Anlık veya zaman gecikmeli çalışma
• Tek veya üç fazlı denetim
• Sıfırlama oranı veya ayar aralığı gerekli

2.7. Düşük frekans röleleri

Senkron hızın dışında çalışırken yorulma veya aşırı titreşimi önlemek için genellikle üretim tesislerine düşük frekans röleleri uygulanır. Röleler, nesli hızlı bir şekilde tekrar senkronize ve hıza getirmek için yük atma şemaları ile birlikte çalışır.

 

Dijital elektronik düşük frekans sayaç röleleri, besleme frekansını dahili olarak türetilmiş kararlı saat referansıyla böler ve karşılaştırır. Geçici koşullar altında anormal çalışmayı önlemek için bir gecikme dahil edilmiştir (arıza koşullarında DC ofsetleri, harmonikler, büyük motor başlangıcında voltaj düşüşleri, vb.).

 

Düşük frekans rölesinin avantajı, ağ boyunca hemen hemen her yere kurulabilmesi ve bir müşterinin tesislerinde belirli yüklerin açılmasını başlatmak için kablolanabilmesidir.

 

Buna karşılık, telekontrol yöntemleri, müşteri tesislerinden ziyade birincil trafo merkezlerinde çalışma eğilimindedir ve bu nedenle, belirli yükler için daha az seçicidir. Gerekli özellikler “Acil durumda bir güç sisteminde yük atma ve çevrimiçi uygulamalar sanatı” teknik makalesinde açıklanmıştır.

 

Bir yük atma şeması tasarlamak için kullanışlı bir formül:

 

anlamlar:

 

H – toplam sistem ataleti [MJ]

L – sistem yükü [MW]

G – sistem jeneratör çıkışı [MW]

ft - yük veya üretim değişikliğini takiben t zamanındaki frekans

f0 – başlangıç frekansı

t – bozulmayı izleyen saniye cinsinden süre

 

Şekil 9, 49 ve 48 Hz'de düşük frekans röle açma ayar noktaları ile çeşitli derecelerde sistem aşırı yüklenmesi için tipik bir zaman-frekans eğrileri setini göstermektedir. Sistem kararlılığını korurken kesintileri en aza indirmek için birkaç yük atma aşaması oluşturulmuştur.

 

Şekil 10 – Düşük frekans yük atma eğrileri

 

değeri her zaman biraz aşmalıdır. Aşamalar arasında bir zaman gecikmesi gereklidir, öyle ki birinci yük atma etkisinin (devre kesici çalışma sürelerine, jeneratör ataletine ve jeneratör regülatör yanıtına bağlı olarak birkaç yüz milisaniye sürecektir) ikinci aşama başlatılmadan önce belirlenebilir.

 

Büyük bir buhar üretim sisteminde, beş aşamaya kadar yük atma uygulanabilirken, tek bir gaz türbini veya hafif dizel kurulumunda 300 ms gecikmeli sadece bir veya iki aşama uygulanabilir.