ELEKTRİK ENERJİSİ İLETİMİ VE DAĞITIMINDA KORUMA SİSTEMLERİ

Hataların sebepleri: • Aşırı kullanım, • Fazların dengesiz kullanımı, • Bakımların ihmal edilmesi, • Doğa olayları, • Yanlış hat manevraları, • Sabotajlar olarak sayılabilir.

Elektrik enerji sistemlerinde sıklıkla karşılaşılan hatalar aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir: • Aşırı gerilim. (Ani yüksüz duruma geçiş veya yıldırım darbelerinde oluşan gerilim darbeleri.) • Aşırı akım. (Aşırı yükleme veya kısa devre akımları) • Dengesiz yük. (Fazların birine veya ikisine aşırı yüklenirken diğer faz ya da fazları az yükleme.) • Faz sırası değişimi. (Yanlış bağlantı sırası yapma.) • Salınımlar. (Yıldırım veya ani açma kapamaların oluşturduğu gerilim dalgalanmaları.) • Toprak ve gövde kaçakları. (Toprak potansiyelli yüzeylere olan kısa devre akımları.) • Geri Güç. (Hatlarda, santrallere doğru ters akım akışı.) • Düşük Gerilim. (Aşırı yüklenme veya yetersiz sistem gücü durumunda voltaj eksikliği) • Nötr kaybı (Nötr hattına olan kaçak veya kısa devreler.) • Koruma hattı kaybı. (Koruma hattına olan kaçak veya kısa devreler.) • Çevresel şartlardan kaynaklı aşırı ısınma. (Örneğin dış sebepli yangına maruz kalma.)

Elektrik enerjisi iletim ve dağıtım koruma sistemlerinde kullanılan elemanlar basit yapıda olanlardan karmaşık yapıda olanlara doğru, aşağıdaki gibi sıralanabilir: • Sigortalar • Kuşkonmazlar • Ark boynuzları • Parafudurlar • Paratonerler • Röleler

Sigortalar elektrik devrelerinde, elektrik akımının fiziksel etkilerine karşı kasıtlı olarak zayıflatılmış, açma elemanı olarak tanımlanabilir. Sigortalar, kullanıldıkları devrede, öncelikle şebekeyi korumayı amaçlar. Yükün aşırı akımlara karşı korunması, ya da çarpılmalarda sigortaların görev yapması beklenmemelidir. Sigortalar bu gibi durumlarda, ancak diğer açma elemanları açma yapmadığında, akım açma değerine ulaşırsa şebekeyi koruma adına sonradan devreye girerler.

Sigortalar: • Ergime telli sigortalar • Otomatik sigortalar olarak iki temel gruba ayrılır.

Kuşkonmazlar elektrik enerji iletim ve dağıtım sistemlerinde, kuşlar tarafından, gerçekleştirilebilecek yalıtım hatalarının önüne geçme adına, açık havada bulunan iletken kısımların risk oluşturan kısımlarına monte edilir. Risk oluşturan kısımlar genellikle, direk askı noktasını ve transformatör bağlantı noktasını oluşturan izolatör üst kısımlarıdır. Kuşkonmazlar, kuşların, ya da bıraktıkları atıkların sebep olabileceği fazlar arası ve faz-toprak arası yüksek gerilim deşarjlarını önlemek için kullanılır.

Ark boynuzları, elektrik enerjisi iletim ve dağıtım orta ve yüksek gerilim sistemlerinde oluşabilecek aşırı gerilimlerde atlama riskine karşı oluşturulmuş, zayıflatılmış atlama noktalarıdır. Ark boynuzları, aşırı gerilimlerde oluşabilecek atlamaları kendi üzerinden gerçekleştirerek, diğer elektrik enerjisi sistemlerinin zarar görmesini engeller. Bu sebeple ark boynuzları üzerinden atlama gerçekleşebilecek kısımların yangın ve patlama riskinin bulunmadığı yerler olarak seçilmesi gerekir.

Elektrik enerjisi iletim ve dağıtım sistemlerinde, yıldırım veya ani açma gibi çok hızlı oluşan yüksek gerilim darbeleri için, ark boynuzları hava yalıtkanının iyonizasyonu ve delinmesi için gereken süre nedeniyle zamanında görev yapamayabilir. Bu sebeple, elektrik enerjisi iletim ve dağıtım sistemlerini istenmeyen aşırı gerilimlere karşı daha güvenli bir şekilde koruyan parafudurlar kullanılırlar.

Parafudurlar: • Büyük akım darbelerini toprağa iletirler, • İşletmeyi kesintiye uğratmaksızın elektrik enerjisinin devamlılığını sağlarlar, • Ark boynuzlarına göre çok daha hızlı ve güvenilirdirler.

Elektrik enerjisi iletim ve dağıtım sistemlerinde yıldırım aşırı gerilimlerinden korunmak için, bu gerilimleri toprağa deşarj edecek koruma sistemleri kullanılır. Bu sistemler, • Paratoner, • Faraday kafesi (özellikle trafo binalarında) • Koruma hatları olarak sıralanabilir.

Paratonerler ve faraday kafesleri, özellikle bina, kule, elektrik direkleri vb. doğrusal olamayan birimler için tercih edilir. Koruma iletkenleri ise, enerji iletim hatlarının üzerinde doğrusal olarak tesis edilirler.

Elektrik enerjisi iletim ve dağıtım sistemlerinde, oluşan hatalarda devreye girerek, şebekeyi, alıcı yükleri ve canlıları koruyan, koruma elemanlarından daha kompozit yapıdaki sistemlere koruma röleleri denir.

Koruma röleleri: • Benzer hatalarda aynı tepkiyi verecek şekilde güvenilir olmalıdır, • Hatayı algılama ve karar vermede mümkün olduğunca hızlı olmalıdır, • Seçici olarak, sadece kendi sorumluluğundaki hatalarda devreye girmelidir, • Açma ve kapama işlemleri sırasında, yangına sebep olabilecek ark oluşturmamalıdır

Ani açan röle, kısa devre gibi arızalarda hemen kesme kumandası verir. Ani açma özelliği olarak manyetik açma özelliği örnek olarak verilebilir. Gecikmeli açan röleler ise, akımın normal değerini bir miktar aşması halinde ayarlı zaman kadar bekler. Eğer bu zaman dilimi içerisinde akım normal değerine düşerse, açma yaptırmaz. Eğer hata akımı devam ederse açma kumandası verir. Gecikmeli açma özeliği olarak elektronik ya da termik açma özeliği kullanılır.

Primer ve Sekonder Koruma Koruma röleleri korunan elektrik enerjisi iletim ve dağıtım sistemlerine, ya doğrudan doğruya (primer röle) veya endirekt olarak bir akım trafosu, gerilim trafosu v.b. ekipman yardımıyla (sekonder röle) bağlanırlar.

Rölelerin çalışma mekanizmaları 220 V değerindeki AC gerilimle beslenebileceği gibi, şebekeye bağımlılığın ortadan kaldırılması amacıyla doğru akımla da beslenebilir. Böylece (Bu durumda 24-110- 220 V gibi değerlerde batarya(akümülatör) kullanılır.) Güvenliğin de esas alındığı durumlarda düşük gerilim tercih edilir.

Röleler korudukları cihaza göre; • Alternatör koruma röleleri, • Bara korumu röleleri, • Trafo koruma röleleri, • Şebeke koruma röleleri vb. gibi sınıflandırılabilirler.

Röleler yaptıkları göreve göre ise; • Aşırı akım rölesi, • Hatalı gerilim rölesi, • Kısa devre rölesi, • Stator-gövde koruma rölesi, • Toprak kısa devre rölesi, • Faz kısa devre rölesi, • Güç rölesi vb. biçiminde gruplandırılabilirler.

Bucholz rölesi, arıza durumunda, transformatör soğutma yağında biriken gaz ile çalışır. Önemli arızalarda 100 ms kadar hızda tepki verebilir. Arıza çok önemli değilse, biriken gaz miktarı az olacağından üst şamandırayı kapatacak ve sadece alarm devreye girecektir. Gaz miktarı fazla olduğunda ise, her iki şamandıra da kapanacağından hem alarm, hem de kesici devreye girecektir.

Mesafe koruma röleleri çalışma prensibi, hata verisinin alındığı noktadaki akım ve gerilim değerlerinin karşılaştırılması esasına dayanır. Bu karşılaştırmada, gerilim değerinin akım değerine oranı yani empedans esas alınır. Bu sebeple bu rölelere empedans röleleri de denir.

Elektrik enerji sistemlerinde, toprak potansiyelini topraklama iletkeni vasıtasıyla sisteme entegre etme işlemine topraklama denir. Topraklama: • Koruma topraklaması. • İşletme topraklaması • Yıldırım topraklaması olarak 3 ana grupta incelenebilir.

İşletme topraklamasındaki amaçlar, • Faz-faz gerilimi dışında, özellikle konutlar için gerekli faz-nötr geriliminin elde edilmesi, • 3. harmonik başta olmak üzere, harmonik etkilerinin azaltılması, • Primerden sekondere yüksek gerilim atlama riskine karşı önlem alma, olarak sıralanabilir.