Doğru seçiciliğin temelleri

OG/YG (Orta Gerilim/Yüksek Gerilim) elektrik şebekesi korumasında uygun seçiciliği sağlamanın dört yolu (Fotoğraf: NSS Ltd.)

 

Koruyucu cihazlar, şebekenin arızadan etkilenen kısmını ve ağın etkilenmeyen diğer tüm kısımlarını enerji yüklüyken mümkün olan en kısa sürede sadece o kısmı izole etmekten oluşan seçicilik ilkesine dayanan bir güç sisteminin beynidir.

 

Elektrik şebekesi korumasında uygun seçiciliği sağlamanın çeşitli yolları mevcuttur:

1. Zaman kademeli seçicilik (zaman kullanarak),
   1. Bağımsız zamanlı aşırı akım koruması ile zaman kademeli seçicilik
   2. Ters zamanlı aşırı akım koruması ile zaman kademeli seçicilik
2. Mantık seçiciliği (bilgi alışverişiyle),
3. Yön koruma seçiciliği,
4. Diferansiyel koruma seçiciliği.

 

1. Zaman kademeli seçicilik (zaman kullanarak)

Zaman kademeli seçicilik, ağ boyunca dağıtılan aşırı akım koruma cihazları için farklı zaman gecikmeleri ayarlamakla olur. Koruma kaynağa ne kadar yakınsa zaman gecikmesi de o kadar uzun olur. Bakınız Şekil 1.

Böylece Şekil 1'de gösterilen arıza tüm koruma cihazları tarafından (A, B, C ve D'de) algılanır. D'deki zaman gecikmeli koruma, kontaklarını C'de kurulu olandan daha hızlı kapatır ve bu da B'de bulunandan daha hızlı tepki verir.

 

D devre kesicisi açıldıktan ve arıza akımı temizlendikten sonra akımın artık geçmediği A, B ve C koruma cihazları bekleme konumuna geri döner.

 

Akım önceden tanımlanmış ayarın üzerine çıktığında koruma cihazları etkinleştirilir. Eşik ayarları bu nedenle tutarlı olmalıdır. Ardışık iki koruma cihazı arasındaki çalışma süreleri ∆t farkı, seçicilik aralığıdır.

 

Şunları dikkate alır:

• Devre kesici kesme süresi tc
• Zaman gecikme toleransları δt
• Yukarı akış koruma belleği süresi tm
• Güvenlik marjı

 

∆t bu nedenle şu bağıntıyı sağlamalıdır: ∆t ≥ tc + tm + 2δt + marj (bkz. Şekil 2)

 

Şalt ve koruma cihazlarının mevcut performansları dikkate alınarak, ∆t'ye 0,3 saniyelik bir değer atanır (ayrıntılı incelemeden sonra bazen 0,25 saniye sürebilir).

 

Örneğin, orta gerilim devre kesicilerle ilişkili koruma rölesinin bağımsız zaman fazlı aşırı akım koruma cihazları için (bkz. Şekil 2):

• tc = 85 ms
• tm = 55 ms | maksimum değerler
• δt = 25 ms

 

Bu seçicilik sisteminin iki avantajı var:

 

1. Kendi yedeklemesini sağlar. D'deki koruma (Şekil 1) başarısız olursa (kurulumun sağlıklı bir kısmı kesilir) C'deki koruma etkinleştirilir;
2. Sistem oldukça basit.

 

(!) Bununla birlikte, çok sayıda basamaklı röle olduğunda arıza giderme süresi engelleyicidir ve en uzak korumanın en uzun gecikme süresine sahip olması nedeniyle, ekipmanın kısa devre akımına dayanması veya dış çalışma gereksinimleri ile uyumsuzdur. Böylece en yüksek arıza akımı, en uzun zaman gecikmesinden sonra temizlenir.

 

Her iki tip aşırı akım koruma (bağımsız ve ters zamanlı) kullanılabilir.

 

1.1. Bağımsız zamanlı aşırı akım koruması ile zaman kademeli seçicilik

Koruma zaman gecikmesi sabittir ve akımdan bağımsızdır. Koruma açma eğrileri Şekil 3'te gösterilmektedir.

 

Mevcut eşik ayarları şu şekilde olmalıdır:

• Iset, A > Iset, B > Iset, C > Iset, D
• Iset, A > Iset, B > Iset, C > Iset, D : A, B, C ve D koruma cihazlarının mevcut eşikleri.

 

Ölçüm biriminin doğruluğunun %10 olduğu tahmin edilmektedir. Bu nedenle iki ardışık koruma cihazı aşağıdaki ilişkiye uymalıdır:

• 0.9 × Iset, A > 1.1 × Iset, B or
• Iset, A ≥ 1.22 × Iset, B

 

Pratikte aşağıdaki değerler alınır:

• Iset, A ≥ 1.25 × Iset, B
• Iset, B ≥ 1.25 × Iset, C
• Iset, C ≥ 1.25 × Iset, D

 

1.2. Ters zamanlı aşırı akım koruması ile zaman kademeli seçicilik

Akım ne kadar büyük olursa zaman gecikmesi o kadar kısa olur. Koruma açma eğrileri Şekil 4'te gösterilmektedir.

Şekil 4 - Ters zamanlı aşırı akım korumalı zaman kademeli seçicilik

 

Akım eşikleri In 'ye yakın bir değere ayarlanırsa hem aşırı yüklenmelere karşı koruma hem de kısa devrelere karşı koruma sağlanır. Örneğin aşağıdaki değerler alınır:

• Iset, A = 1.2 × InA, Iset, B = 1.2 × InB, Iset, C = 1.2 × InC and Iset, D = 1.2 × InD
• InA, InB, InC, InD : A, B, C ve D koruma cihazlarının konum noktalarındaki nominal akımlar

 

Seçiciliği sağlamak için koruma cihazları aşağıdaki iki koşulu sağlamalıdır:

 

Koşul #1 – Akım eşiği, aşağı akış koruma eşiğinin en az %25 üzerine ayarlanmalıdır:

• Iset, A ≥ 1.25 × Iset, B
• Iset, B ≥ 1.25 × Iset, C
• Iset, C ≥ 1.25 × Iset, D

 

Koşul #2 – Zaman gecikmesi ayarları, aşağı akım koruması tarafından tespit edilen maksimum akım için ∆t = 0,3 s seçicilik aralıklarını elde etmek için belirlenir. Örneğin, D'deki maksimum kısa devre için, C'deki zaman gecikmesi, D'deki zaman gecikmesinden bir ∆t değeri kadar uzun olmalıdır.

 

2. Mantık seçiciliği

Az önce gördüğümüz gibi, zaman dereceli seçiciliğin bazı zayıf yönleri vardır. Mantıksal seçicilik sistemi bu dezavantajları ortadan kaldırmak için tasarlanmıştır. Bu sistem ile, açma meydana geldiğinde mükemmel seçicilik elde edilebilmekte ve ayrıca kaynağa en yakın konumdaki devre kesicilerin açma zaman gecikmesi önemli ölçüde azaltılmaktadır.

 

Radyal bir ağda bir arıza meydana geldiğinde arıza akımı, kaynak ile arıza noktası arasında bulunan devre üzerinden akar:

• arızanın yukarısındaki koruma cihazlarından bir akım akar;
• arızanın aşağısındaki koruma cihazlarından bir akım akmaz;
• sadece hatanın doğrudan yukarısındaki ilk koruma etkinleştirilmelidir.

 

Her devre kesici ile bir mantıksal bekleme emri gönderebilen ve alabilen bir koruyucu cihaz ilişkilendirilmiştir. Korumadan bir arıza akımı geçtiğinde, ikincisi:

• Korumaya doğrudan yukarı yönde bir mantıksal bekleme emri gönderir;
• Başka bir korumadan mantıksal bekleme emri almadıysa, ilgili devre kesicinin açmasına neden olur.

 

Şekil 5, bir radyal dağıtım sisteminin basitleştirilmiş bir tanımını vermektedir.

Şekil 5 - Mantık seçiciliği

 

A'da bir arıza meydana geldiğinde çalışma

 

1, 2, 3 ve 4 numaralı koruma cihazlarından bir arıza akımı geçer.

 

Koruma numarası 1, yukarı yönde koruma numarası 2'ye bir mantıksal bekleme emri ve devre kesici CB1'e bir açma emri gönderir. Koruma numarası 2, yukarı yöndeki koruma numarası 3'e bir mantıksal bekleme emri gönderir ve devre kesici CB2'nin açma sırasını kilitleyen koruma numarası 1'den mantıksal bekleme emrini alır.

 

Koruma numarası 3, yukarı yönde koruma numarası 4'e bir mantıksal bekleme emri gönderir ve devre kesici CB3'ün açma sırasını kilitleyen koruma numarası 2'den mantıksal bekleme emrini alır. Koruma numarası 4, devre kesici CB4'ün açma sırasını kilitleyen koruma numarası 3'ten mantıksal bekleme sırasını alır.

 

Devre kesici CB1, bir zaman aralığının sonunda A'daki hatayı siler: tCB1 = t1 + tc, CB1

• t1 – koruma numarası 1 zaman gecikmesi
• tc, CB1 – devre kesici CB1 kesme süresi

B'de bir arıza meydana geldiğinde çalışma

• 1 numaralı koruma üzerinden bir arıza akımı akar;
• 2 ve 3 numaralı koruma cihazları üzerinden bir arıza akımı akar, bu daha sonra yukarı akışa bir mantıksal bekleme emri gönderir;
• sadece koruma numarası 2, bir mantıksal bekleme emri almaz ve devre kesici CB2'ye bir açma emri gönderir.

 

Devre kesici CB2, bir zaman aralığının sonunda B'deki hatayı siler: tCB2 = t2 + tc, CB2

• t2 – koruma numarası 1 zaman gecikmesi
• tc, CB2 – devre kesici CB1 kesme süresi

(!) 1, 2, 3 ve 4 numaralı koruma cihazlarının t1, t2, t3 ve t4 zaman gecikmeleri seçiciliğe dahil değildir ve sadece koruma sağlamak için kullanılır. Ayarlar, mantıksal bekleme emri iletimi ve alım süresinin izin verdiği kadar kısa olabilir, yani ekipmana bağlı olarak 0,1 ila 0,2 saniye.

Lojik seçicilik sistemi ile arıza giderme süresi azaltılabilir ve aşama sayısından bağımsızdır. Kısa zaman gecikmeli bir yukarı yönlü koruma ile uzun zaman gecikmeli bir aşağı yönlü koruma arasında seçicilik elde etmek mümkündür, örn. kaynakta yüklerin yakınında olduğundan daha kısa bir zaman gecikmesi ayarlayarak.

Not! Güvenliği sağlamak için mantıksal bekleme süresi sınırlıdır, böylece bir yukarı akış korumasının hatalı bir aşağı akış korumasının yedeği olarak çalışmasına izin verilir.

Örnek: karışık seçicilik (mantık + zaman dereceli)

Şekil 6 – Karışık seçicilik örneği (mantık + zaman dereceli)

Karışık seçiciliğin çalışması

(!) Her bir panonun gelen besleyicisi ve giden besleyicileri arasında mantık seçiciliği kurulur. Devre kesicileri veya röleleri aynı panoya bağladığı için mantık bağlantı kablosunun maliyeti düşüktür. Panolar arasında zaman kademeli seçicilik kurulur, böylece uzun mantık bağlantı kablolarının kurulması gerekliliği ortadan kalkar.

 

Bekleme emri veren korumanın zaman gecikmesinden sonra lojik bekleme süresi 200 ms ile sınırlıdır. Bu, giriş yönündeki korumanın hatalı bir aşağı akış koruması için yedek olarak çalışmasına izin verir.

 

(1)'de hata

 

F, D ve B'deki koruma cihazları, sırasıyla 0,1 saniyeye kadar gecikmeli olabilen E, C ve A koruma cihazlarına bir mantıksal bekleme emri gönderir. Devre kesici F, 0,1 saniyelik zaman gecikmesinden sonra açılır. Devre kesiciler D ve B'nin açılmaması, zaman kademeli seçicilik ile sağlanır: tD = tF + 0.3 s ve tB = tD + 0.3 s.

 

F'deki koruma veya ilgili devre kesici başarısız olursa, E'deki koruma mantık bekleme süresinden sonra etkinleştirilir, yani 0,1 + 0,2 = 0,3 saniye. D'de 0,4 saniye gecikmeli koruma da etkinleştirilir (F başarısız olursa, D'nin zaman gecikmesi artırılmadıkça E ve D arasında seçicilik yoktur).

 

(d) noktasındaki arıza

 

D ve B'deki koruma cihazları, sırasıyla C ve A'daki koruma cihazlarına bir mantıksal bekleme emri gönderir. Devre kesici E, 0,1 saniyelik zaman gecikmesinden sonra açılır.

 

(e) de arıza

 

D ve B'deki koruma cihazları, sırasıyla C ve A'daki koruma cihazlarına bir mantıksal bekleme emri gönderir. D'deki devre kesici, 0,4 saniyelik zaman gecikmesinden sonra açılır.

 

D'deki koruma veya ilgili devre kesici arızalanırsa, C'deki koruma mantık bekleme süresinden sonra etkinleştirilir, yani 0,4 + 0,2 = 0,6 saniye. Bu nedenle, karışık seçicilik kullanılarak, mantık bağlantı kablolarının yalnızca aynı panodaki devre kesiciler veya röleler arasına kurulması gerektiğinden, büyük masraflara yol açmadan zaman gecikmeleri (kabaca 2 oranında) azaltılabilir.

 

3. Yönsel seçicilik

Bir arızanın her iki uç tarafından beslendiği örgülü bir ağda, arızayı tespit edebilmek ve temizleyebilmek için arıza akımının akış yönüne duyarlı koruma kullanılmalıdır. Bunu yapmak için yönlü aşırı akım koruma cihazları kullanılır.

 

İki gelen fiderli bir ağda faz-faz arızalar için yön seçiciliğine bir örnek vereceğiz. Bakınız Şekil 7.

Şekil 7 – İki paralel gelen fiderli bir ağda faz-faz arızalar için yön seçiciliği

 

CB1 ve CB2 devre kesiciler yönlü aşırı akım koruma cihazlarıyla, CB3 ve CB4 ise faz aşırı akım koruma cihazlarıyla donatılmıştır.

 

A'daki bir hata için:

• Kısa devre akımları Isc1 ve Isc2 aynı anda kurulur;
• CB2'deki yön koruması, bir akım sirkülasyonu nedeniyle etkinleştirilmez.
• koruma algılamasının tersi yönde içinden geçer;
• CB1'deki yön koruması, koruma algılamasıyla aynı yönde dolaşan bir akım içinden geçtiği için etkinleştirilir. Bu, devre kesici CB1'in açılmasına ve Isc2 akımının kesilmesine neden olur. Bir ara açma sistemi CB3'ün açılmasına ve mevcut Isc1'in kesilmesine neden olur;
• CB4'teki koruma artık etkinleştirilmemiştir.

 

(!) CB1'deki yönlü koruma ile CB4'teki koruma arasındaki seçicilik zaman derecelidir. Benzer şekilde, CB2'deki yönlü koruma ile CB3'teki koruma arasındaki seçicilik zaman derecelidir.

 

4. Diferansiyel koruma ile seçicilik

Bu koruma türü, izlenen ağ bölümünün uçlarındaki akımları karşılaştırır (bkz. Şekil 8). Bu akımlar arasındaki herhangi bir fark, bir arızanın varlığını gösterir. Koruma, yalnızca izlenen bölge içindeki arızalara tepki verir ve herhangi bir harici arızaya karşı duyarsızdır. Bu nedenle kendi kendine seçicidir.

 

Korunan ekipman şunlar olabilir:

• bir motor;
• bir jeneratör;
• bir bara;
• bir kablo veya hat;
• bir transformatör.

 

Bu koruma türü aşağıdaki özelliklere sahiptir:

• Nominal akımdan daha düşük arıza akımlarını tespit edebilir;
• Zaman gecikmesi, sıfır değilse de kısa olabilir, çünkü seçicilik zaman gecikmesine değil algılamaya dayalıdır.