Fider Otomasyonu

Büyük şehirlerde mevcut dağıtım sistemlerinde, gerilim önce indirici merkezlerde 34.5 kV seviyesine düşürülmekte ve buradan çıkan 20-30 MVA taşıma kapasitesindeki fiderlerle enerji yük merkezlerine iletilerek, bu noktalarda yapılan ikinci bir transformasyonla gerilim daha düşük bir seviyeye indirgenmekte, çok yaygın olarak bulunan dağıtım transformatörlerinin beslenmesi sağlanmaktadır.

Son yıllarda arıza ve kesintilerin sıklığı ve süreleri, uygun dağıtım otomasyonu işlevlerinin kurulmamış olmasına ve yeterli yatırımın yapılmamış olmasına bağlıdır. Dağıtımın 34.5 kV orta gerilim seviyesinde yapılacak olması; orta gerilim fiderlerindeki arızaların uzaktan algılanmasını, izole edilmesini ve sistemin tekrar enerjilendirilmesini hızlı bir şekilde yapabilecek bir fider otomasyonu işlevine öncelik kazandırmıştır.

Elektrik dağıtım sisteminde kurulan bir fider otomasyon sistemi ile, dağıtım sisteminin tam anlamı ile kontrolü, denetimi ve izlenmesi mümkündür. Böyle bir sistem:

• Haberleşmeli arıza gösterge cihazları ile hızlı ve seçici olarak arıza yerini belirleme ve böylece arıza durumunda müdahale ve bu şekilde kesinti süresinin minimuma indirilmesini destekler.
• Kontrol merkezinden denetleme ve kontrol ile sistem işletiminde güvenilirlik ve kolaylık sağlar.
• Merkezi denetleme ve kontrol ile işletme maliyetinin düşürülmesi, sistemin en iyi şekilde kullanılması ve sistemin verimliliğini artırır.

Arıza Tespiti, Yönetimi ve Kontrolü

Arızaların çoğu orta gerilim (OG) dağıtım sistemlerinde meydana gelmekte, yüksek gerilim (YG) ve alçak gerilim (AG) şebekelerinde daha az hata ortaya çıkmaktadır. Bu nedenle OG dağıtım sistemi, servis kalitesinin geliştirilmesi için, tüm şebeke içinde en fazla özenin gösterilmesi gereken bölümdür.

OG kablo hatlı yeraltı dağıtım sistemleri, birçok trafodan meydana gelir. Trafolar, manuel olarak çalıştırılabilir, erişimleri zor olabilir (coğrafi sınırlamalar, mesafe, trafik) veya kötü hava koşullarına maruz kalabilir. Bu sebeplerle düşük servis kalitesi, yüksek işletme maliyetleri ve işletme çalışanları için güvenlik problemleri oluşabilir.

Hava hatlı OG dağıtım sistemleri genelde uzun hatlardan (10-100 km uzunluğunda radyal hatlar) oluşmaktadır ve zorlu çevre koşullarına karşı çok hassastır. Bu sebeple geçici arızalara dayalı kısa kesintiler, kalıcı kesintiler, gerilim düşüşleri, aşırı yüklü bir şebeke ve kayıpların olduğu verimsiz bir dağıtım sistemi karşımıza çıkar.

OG dağıtım sistemlerinde arıza izleme ve yönetimi ile ilgili önerilen yaklaşım, dağıtım sisteminin kullanılan trafo merkezi tipine göre bölümlere ayrılmasıdır.

Dağıtım Sisteminin Bölümlere Ayrılması

Arıza yerinin tespiti ve dağıtım sisteminin yeniden konfigürasyonu, aşağıda belirtilen 3 trafo merkezi tipinin kullanılması ve dağıtım sistemindeki ağırlığıyla belirlenir:

• Arıza gösterge düzeneği (AGD) fonksiyonlu uzaktan kontrol üniteli trafo merkezi veya direğe monte anahtarlama elemanları,
• SCADA'ya bağlı AGD ile donatılmış trafo merkezi veya direğe monte anahtarlama elemanları,
• Bağımsız AGD ile donatılmış trafo merkezi veya direğe monte anahtarlama elemanları.

Dağıtım sistemi, 3 trafo merkezi tipine göre üç ana bölüme ayrılır ve bu bölümlerin her biri aşağıdaki farklı özelliklere sahiptir:

• Büyük bölüm, tamamen uzaktan kontrol edilen trafo merkezi veya direğe monte anahtarlama elemanlarından oluşur.
• Orta bölüm, SCADA'ya bağlı AGD ile donatılmış trafo merkezi veya direğe monte anahtarlama elemanlarından oluşur.
• Küçük bölüm, bağımsız AGD’li trafo merkezi veya direğe monte anahtarlama elemanlarından oluşur.

Uzaktan kontrol merkezi, büyük bölümde bir arıza olduğunda arızayı anında izole edebilir. Dağıtım sistemi yeniden konfigüre edilirken bu bölümdeki hiçbir müşteri enerjisiz kalmayacaktır. Bölüm ne kadar büyük olursa, uzun süreli kesintiye maruz kalan müşteri sayısı da o kadar fazla olur.

Orta bölümde bir arızanın yeri kontrol merkezinde anında tespit edilebilir. Bakım ekibi sistemin düzgün çalışmasını sağlamak amacıyla doğrudan anahtarlama yapabilir. Sonuçta, orta bölümdeki tüm müşterilere göreli olarak kısa süre içinde enerji sağlanır.

Küçük bölüm için bir bakım ekibinin şebeke dahilinde sürekli hareket halinde olması gerekir. Bölüme erişim ve arızanın izole edilme süresi daha uzundur. Genellikle, bu bölümde fiderler mümkün olduğunca kısa tutulur ve AGD’nin her trafo merkezine (kablo hatlı yeraltı dağıtım sistemi) veya her yeni branşmana (hava hatlı dağıtım sistemi) monte edilmesi gerekir.

Arıza Tespitinin Verimliliği

Arıza meydana geldiğinde, AGD arıza akımının geçişini belleğinde tutar ve şebeke tarafındaki kesici açar. Dağıtım sisteminin kontrol merkezinden yeniden konfigürasyonu uzaktan kumandalı trafo merkezlerinden bilgi alınması, arızalı bölümün yalıtılması, şebeke ve yük tarafındaki beslemenin yeniden verilmesi ile sağlanır.

En verimli düzenek, tüm trafoların uzaktan kontrol üniteleriyle donatılmasıyla elde edilir. Ancak bu yaklaşım ekonomik açıdan optimum değildir. En iyi çözüm; 3 tipin aşağıda belirtilen kriterlere göre karışık kullanılmasıdır:

• Bir fiderdeki trafo merkezi sayısı,
• Her bir bölümdeki müşteri sayısı,
• Her bir bölümdeki müşterinin önemi (hastane, bakanlık, tesis,...),
• Trafo merkezinin erişilebilirliği,
• Haberleşme için tesis olanakları,
• Mevcut trafo merkezindeki motorizasyon olanakları.

Tipik bir şebeke şu donanımlara sahip olabilir:

• Her primer fider için 1-3 arası tamamen uzaktan kontrol edilen trafo merkezi,
• Tüm trafo merkezlerinde AGD,
• Bazı trafo merkezlerinde haberleşmeli AGD.

En ideal çözüm şu şekilde elde edilebilir: Dağıtım sisteminin %10-%15'i uzaktan kumandalıdır, %20- %30'u haberleşmeli AGD ile donatılmıştır ve kalan kısmı haberleşmesiz AGD ile donatılmıştır.

Aşamalı Yatırımlar

Mevcut trafo merkezlerinin yenileriyle değiştirilmesinin uzun süre alması ve çok masraflı olması nedeniyle dağıtım sisteminin otomasyonu aşamalı ve uzun vadeli bir yatırımla gerçekleştirilebilir. Ayrıca, eski ekipmanların motorizasyonu zordur ve güvenilirliği garanti edilmemektedir.

Yeraltı dağıtım sistemlerindeki tüm trafo merkezlerine AGD yerleştirilmesi tavsiye edilir. AGD’nin mevcut dağıtım sistemine kolayca monte edilebilmesi ve arızalı bölümün gezici bakım ekiplerince çok daha hızlı tespit edilmesi sayesinde, ekipmanlar korunur ve kayıplar azalır.

Uzaktan kumandalı trafo merkezleri yeni fiderlerde kullanılabilir. Bir başka çözüm de, trafo merkezlerini uzaktan kumanda etmek amacıyla uzaktan kumanda arabirimlerini kullanmak ve şebekeyi aşamalı olarak otomatikleştirmek için mevcut trafolar arasına uzaktan kumanda noktaları eklemektir.

SCADA/DMS yatırımları öncesi hata yerlerinin kısa sürede tespit edilmesi, hataların izole edilmesi ve kesintilerle ilgili bilgilerin raporlanması için fider otomasyonu çok uygun bir çözümdür. Haberleşen AGD ileriki aşamalarda SCADA/DMS sistemlerine kolayca entegre edilebilmektedir.

Trafo merkezlerinin uzaktan yönetilmesi ve izlenmesi için çok fonksiyonlu cihazlar gerekmektedir.

Cihaz Seçimini Etkileyen Parametreler

Dağıtım sistemlerinde arıza tespiti ve kontrolü için cihaz seçimi kolay değildir. Yatırım bütçesi içerisinde kalınması, işletme ve bakım masraflarının minimuma indirilmesi, enerji kalitesinin istenen seviyede olması gibi kriterler sağlanmalıdır.

Belirli bir düzeyde enerji kalitesi sunabilmek için enerji kalitesinin gerçekçi bir şekilde ölçülmesi gerekir. Elektrik enerjisi kuruluşları, servis kalitesi için sistem ortalama kesinti süresi endeksi ve sistem ortalama kesinti frekansı endeksi gibi göstergeleri kullanır. Dikkate alınması gereken başka bir değişken de dağıtılmayan enerjinin yıllık tahmini maliyetidir. Bu maliyet, her yıl oluşan arıza sayısı, dağıtım hatlarının veya kablolarının uzunluğu, kesintinin uzunluğu ve kWh başına faturalandırılan fiyat ile orantılı olarak artmaktadır.

Performansın optimize edilmesi için bu dağıtım sistemlerindeki cihazların ve kontrol sistemlerinin seçim ve yerleşiminin dikkatli şekilde planlanması gerekir.

• AGD’nin direk üzerine ya da trafo merkezine tesis edilmesi,
• Uzaktan kontrolün (telekontrol)  mevcut direk üzerine ya da trafo merkezine tesis edilmesi; buradaki zorluk mevcut OG anahtarlama elemanlarının motorizasyonudur.
• OG dağıtım sisteminde kullanılan enerjinin artığı noktalara, uzaktan kontrol edilen ünitelerin tesis edilmesi (direğe veya trafo merkezine monte),
• Motorlu OG anahtarlama elemanlarını sistematik bir şekilde monte ederek uzaktan kumanda noktalarının genişlemesinin önceden planlanması.

Aşağıdaki şekilde servis sürekliliğinin iyileştirilmesi için gereken OG dağıtım sistemi cihazları gösterilmektedir:

Cihazların seçimi ve yerleşimi; yatırım optimizasyonu, gerilim kaybı sorunları olan müşterilerin ve kesinti sürelerinin azaltılması, arıza tespiti ve şebekenin yeniden konfigürasyon süresinin azaltılması gibi açılardan önemlidir ve dağıtım sisteminin verimliliğini artıracak şekilde planlanmalıdır.

Cihazlar

Farklı tip topraklama sistemlerine cevap verebilmek için ampermetrik ve yönlü arıza gösterge cihazları (AGC) kullanılır. Ampermetrik hata gösterge cihazları, akım limitleri kullanılarak hatayı tespit eder. Yönlü arıza gösterge cihazları ise hata akımının kapasitif akıma çok yakın olduğu sistemlerde hatanın yerini doğru bir şekilde tespit etmek için kullanılır.

T200

Fider otomasyon sisteminin ana elemanlarından biri Talus T200 RTU’dur. T200 RTU fider otomasyonu için geliştirilmiş olup, arıza tespit etme, haberleşme ve açma/kapama özellikleri vardır.

T200 haberleşme modülünün kendi özelliği olarak (ek kart veya harici modül kullanmadan) telefon hattını, GSM (cep telefonu) şebekesini, GPRS (cep telefonu paket transfer hizmeti) şebekesini, Ethernet yapısını, Intranet ağını, radyo frekans şebekesini ve RS232 / RS485 seviyelerini desteklemektedir. Haberleşme protokollerinde ise uluslararası standart protokoller olan IEC60870-5-101, IEC60870-5-104, Modbus TCP/IP ve DNP3 protokollerini, komut alan (slave) olarak uzakta bulunan veri işleme merkezine aktarmak için ve lokal ağ olarak ise Modbus protokolünü komut veren (master) desteklemektedir.

T200’ün üzerinde bulunan Web sunucusu sayesinde Türkiye’nin istenen yerinden özel bir program kullanmadan sisteme bağlanılabilir, dağıtım merkezi izlenebilir, RTU’nun konfigürasyonu değiştirilebilir.

T200, yedekli (redundant) haberleşme yapısını desteklemesi sayesinde sistemden hiçbir zaman kopulmaz. İki adet haberleşme hattı ile uzakta bulunan izleme merkezine veri aktarabilmektedir. Eğer bu iki haberleşme hattı da çevre koşullarından veya harici sebeplerden dolayı çalışamaz duruma gelirse, cep telefonu paket transfer hizmeti (GPRS) ile haberleşmesini devam ettirmekte ve saptanmış olan kritik olaylar oluştuğunda bakım ekibine kısa mesaj (SMS) atarak, sistemin sürekli kullanıcının takibinizde kalmasını sağlamaktadır.

Flite 110-SA Arıza Gösterge Cihazı

Hava hattı dağıtım sistemlerinde, iletkenlere enerji kesintisine gerek olmadan monte edilebilir. Lokal olarak aşırı akım arıza hatalarını gösterir.

Flite 116 ve Flair 200C: Haberleşmeli Arıza Gösterge Cihazları

Yeraltı kablo veya hava hattı sistemlerinde haberleşmeli arıza gösterge cihazları arıza yerinin hızlı bir şekilde tespit edilmesini sağlar. İzleme ve kontrol sisteminden de bu bilgilerin anında izlenmesini sağlar. Sonrasında dağıtım şebekesi, kesintileri ve kesintilerden etkilenenleri minimuma indirecek şekilde, T200’ler kullanılarak tekrar konfigüre edilebilir.

Flite 116 arıza gösterge cihazı, hava hattı dağıtım sistemlerinde, iletkenlere enerji kesintisine gerek olmadan monte edilebilir. Orta gerilim hattı üzerine klipslenmiş her bir Flite 116, lisans gerektirmeyen düşük güçlü radyo üzerinden, direğe monte edilmiş G200 RTU ile iletişim kurar. G200 RTU, 9 adede kadar Flite 116 (3 orta gerilim  hattı) ile iletişimi yönetebilir ve DNP3 veya IEC 870-5-101/104 gibi açık protokoller kullanarak bilgileri SCADA’ya iletir.

Flair 200C ise kablo dağıtım sistemlerinde, OG/AG dağıtım merkezlerinin uzaktan izlenmesinde kullanılan bir arıza gösterge cihazıdır. Faz-faz ve faz-toprak hatalarını ve besleme kesintilerini algılar, dağıtım merkezinin durumunu 6 dijital girişle izler ve bu bilgileri gerçek zamanlı olarak (150 olayın zaman etiketli kaydı) kontrol merkezine ya da şebeke işletiminden sorumlu teknisyenlere aktarır. Her fazda yük akımını, artık akım Io’yu, OG ve AG gerilimini ve frekansı anlık ölçer, ortalama değerleri, aktif-RMS ve reaktif gücü hesaplar ve bildirir. Ölçüm doğruluğu akım için %0,5, gerilim için %0,5, güç için %1, arıza akım dedektörü olarak %3’tür. Kontrol merkezi ile Modbus protokolü üzerinden, entegre GSM/GPRS modem veya RS232 arabirimi ile haberleşir. Ayrıca GSM ağı üzerinden SMS mesajı gönderebilir.

Haberleşme alanında sunduğu geniş imkanlar ile esnek çözümler sunmayı hedefleyen Schneider Elektrik, her türlü enerji sistemini iyileştirmek için yardımcı olmaktadır.