Elektrik Güç Sisteminde Gerilim Düşmesi ve Kesilmesi

Gerilim düşümü ve kesintiler, tesisata bağlı birçok cihazda problem oluşturmaktadır. Bunlar, çok sık bir şekilde ‘Güç Kalitesi’ problemlerine neden olmaktadır. Birkaç yüz mili saniyelik bir gerilim düşümü veya kesintisi bile zararlı sonuçlar yaratabilir. Bu yazıda gerilim düşümü ve kesintilerini ve bu olaydan kaynaklanacak sorunları inceleyeceğiz.

A- A+

09.05.2015 tarihli yazı 101827 kez okunmuştur.

Gerilim düşümü, bir elektrik güç sisteminde meydana gelen anlık düşüm olarak adlandırılır. Bu olay kısa bir süre sonra gerilimin düzelmesiyle sonuçlanır (IEC 61050-161). Gerilim düşmesi her yarım çevrimde bir çevrim üzerinden kök ortalama kare (rms 1/2), değeri hesaplanarak karakterize edilir ve her bir periyot bir öncekini yarım çevrim aşacak şekildedir.

Eğer, gerilimin ‘rms (1/2)’ değeri, geriliminin referans değerinin 1/3 katının (1/3*Uref ) altına düşerse, bu durum belirli bir x yüzdesi oranında gerilimin değerinde düşme oluşturur. CENELEC EN 50160, IEEE 1159 standartlarına göre bu değer Uref referans geriliminin %10 değişmesi olarak kabul edilir.

Gerilim kesintileri, Uref'in yüzde birkaçına kadar olan özel bir gerilim düşüklüğü türüdür (tipik olarak %1-10 arası). Sadece tek bir zaman parametresi ile karakterize edilirler. Kısa kesintiler bir dakikadan daha az sürer, fakat şebekenin işletme koşullarına bağlı olarak, bu süre üç dakikaya kadar çıkabilir. Bu kesinti türü genellikle, uzun süreli kesintilerden kaçınmak amacıyla tasarlanmış bir devre kesicinin açılması veya otomatikman kapanmasıyla sonuçlanır. Kısa ve uzun süreli kesintiler, hem kaynaklarına göre hem de meydana gelmelerini önlemek veya azaltmak amacıyla getirilen çözümlere göre farklılık gösterirler.

Şekil 1: Gerilim düşmesi dalga formu

► İlginizi Çekebilir : Enerji İletim ve Enerji Otomasyonunun Önemi

Şekil 2: Gerilim düşmesinin rms (1/2) değerinin karakteristiği

► İlginizi Çekebilir : Elektrik Tesislerinde Arızalar

Sebepleri

1) Gerilim düşümü ve kısa kesintiler ağırlıklı olarak, gözlem noktasıyla kesinti kaynağı arasındaki elektriksel mesafe oranında azalan bir büyüklükle, şebeke empedansları boyunca bir gerilim düşümü ile sonuçlanan ve yüksek gerilimlere neden olan çok özel durumlarda kendini gösterir.

2) İletim (YG) ve dağıtım (AG veya OG) şebekelerinde veya tesisatın kendisinde meydana gelen hatalar tüm kullanıcılarda gerilimin düşümüne neden olur. Bu düşümün süresi genellikle koruyucu cihazların çalışma süresiyle güçlendirilir. Hataların koruyucu cihazlarla (devre kesiciler, sigortalar) izolasyonu, güç sisteminin hatalı bölümünden beslenen kullanıcıların kesintilere (kısa veya uzun) maruz kalmasına neden olur. Güç kaynağı artık mevcut olmasa bile; şebeke gerilimi, asenkron veya senkron motorların yavaşlamasıyla (0.3'den 1s'ye) elde edilen gerilim veya güç kaynağına bağlı kondansatör banklarının deşarj edilmesiyle açığa çıkan gerilimle de sağlanabilir.

3) Kısa kesintilerin oluşmasının genellikle üç nedeni vardır. Bunlar; otomatik devre kesicisi (hızlı ve/veya yavaş) gibi şebeke üzerinde bulunan otomatik sistemlerin çalıştırılması, trafo ile generatör arasındaki kilitleme düzeneğinin çalıştırılması veya hatların fazlarının tersine çevrilmesinin (enversör) sonucunda oluşan kesintilerdir. Kullanıcılar, geçici veya yarı kalıcı hataların giderilmesi için gerçekleştirilen otomatik kapama (havai veya karışık radyal şebekelerde) veya hatanın yerini tespit etmek için gerçekleştirilen gerilim geri beslemesinin bir saykılı olan aralıklı ark hatalarından kaynaklanan ardışık gerilim düşmesi ve/veya kısa kesintilere maruz kalırlar.

► İlginizi Çekebilir : Elektrik Panoları ve Üretimi

4) Gerilim düşümü ve kesintileri, trafo kullanılarak daha alçak gerilim seviyelerine aktarılır. Etkilenen faz sayısı ve gerilim düşüklüklerinin derinliği hata tipine ve trafo kuplajına bağlıdır.

5) Kötü hava şartlarına maruz kalan havai şebekelerde, yeraltı şebekelerine oranla daha fazla sayıda gerilim düşmesi ve kesintisine rastlanır. Ancak, havai veya karışık şebekeler gibi aynı hat sistemine bağlı bir yeraltı kaynağı da havai iletim hatlarını etkileyen hatalar nedeniyle gerilim düşümünden etkilenecektir.

6) Geçici kesintiler (∆T < T/2) ise örneğin kondansatör banklarının enerjilenmesi, bir hatanın sigorta, hızlı bir AG devre kesici ile izolasyonu veya çok fazlı doğrultuculardan gelen komütasyon dişlilerinden kaynaklanabilir.

Etkileri

Gerilim düşüm ve kesintileri, daha öncede söylediğimiz gibi bu olay tesisata bağlı birçok cihazda problem yaratmaktadır. En hassas uygulamalar şunlardır;

► Prosesin, zincirdeki herhangi bir öğenin geçici bir süre için kapanmasını tolere edemediği eksiksiz ve kesintisiz üretim hattı (baskı, çelik işleri, kağıt fabrikaları, Petro-kimyasallar, vb.)

► Aydınlatma ve güvenlik sistemleri (hastaneler, havaalanı aydınlatma sistemleri, kamu binaları ve yüksek binalar, vb.)

► Bilgisayarlar (bilgi işlem merkezleri, bankalar, telekomünikasyon, vb.)

► Elektrik santralleri için gerekli olan yardımcı tesisler.

Aşağıdaki paragraflarda gerilim düşüklüklerinin ve kesintilerinin endüstri, hizmet ve konut sektörlerde kullanılan cihazlar üzerindeki önemli etkilerini anlatılacaktır.

Asenkron motorlar

Gerilim düşümü meydana geldiğinde, asenkron motorun torku aniden düşer ve bu da motoru yavaşlatır. Bu yavaşlama, gerilimdeki düşüşün büyüklüğüne ve süresine, döner kütlenin ataletine ve tahrik yükünün tork-devir özelliklerine bağlıdır.

► İlginizi Çekebilir : Elektrik ve Güç Trafoları

Motorun geliştirdiği tork eğer dirençli torkun altına düşerse motor durur. Herhangi bir kesintinin ardından gerilim eski değerine dönerken motor, değeri neredeyse başlangıç akımının değeri kadar olan akımı emme ve yeniden hızlanma eğilimindendir. Bunun süresi kesintinin süresine göre değişmektedir. Bir tesisatta birden fazla motor varsa eşzamanlı yol verme, tesisat üzerindeki besleme empedansında bir gerilim düşüklüğüne neden olabilir. Bu da, düşüşün süresini artıracak ve yol vermeyi zorlaştıracak (aşırı ısınmaya neden olan uzun süreli yol vermeler) veya imkansız hale (motor torku < dirençli torktan) getirecektir.

Aşırı akımlar ve sonuç olarak meydana gelen gerilim düşüklükleri hem motor üzerinde hem de kontaktörler gibi diğer cihazlar üzerinde de bağlantıların aşınması ve hatta birbirine geçmesi gibi etkiler oluşturabilir. Aşırı akımlar, tesisatın genel ana koruyucu cihazlarının açılmasına ve böylece prosesin kapanmasına neden olabilir.

Senkron motorlar

Senkron motorlar üzerindeki etkiler, asenkron motorlar üzerindeki etkilerle neredeyse aynıdır. Ancak senkron motorlar, genellikle daha büyük olan ataletleri, aşırı tahrik olasılıkları ve torklarının gerilim ile orantılı olması sayesinde stop etmeden daha fazla gerilim düşüklüğüne dayanabilirler (yaklaşık %50). Motor devri sıfıra düştüğünde (stop ettiğinde) motor durur ve tüm karmaşık çalıştırma sürecinin tekrarlanması gerekir.

Hareket elemanları

Doğrudan tesisattan çalıştırılan kontrol cihazları (kontaktörler, gerilim kaybı bobinli devre kesiciler), büyüklüğü standart bir kontaktör için %25 Un.'i aşan gerilim düşüklüklerine karşı duyarlıdır. Gözlenmesi gereken minimum bir gerilim değeri vardır (düşme gerilimi olarak bilinir), aksi takdirde kutuplar ayrılacaktır ve bir gerilim düşüklüğünü (birkaç on milisaniye süren) veya kısa bir kesintiyi uzun (birkaç saat süren) bir kesintiye dönüştürecektir.

Bilgisayarlar

Günümüzde bilgisayarlar (bilgisayarlar, ölçüm cihazları) Tesisatların, yönetimin ve üretimin izlenmesinde, kontrol ve kumanda edilmesinde hakim bir konuma sahiptir. Tüm bu cihazlar, %10 Un.'i aşan gerilim düşümlerine karşı duyarlıdır. Aşağıdaki eğride, ITIC (Bilgisayar Endüstri Konseyi), bilgisayarların; gerilim düşmelerine, kesintilere ve aşırı gerilimlere nasıl dayandığını gösteren, süre-genlik eğrisi görülmektedir.

Şekil 3: ITIC eğrisi (bilgisayarların gerilim düşmelerine, kesintilere ve aşırı gerilime karşı dayanımı karakteristiği)

► İlginizi Çekebilir : Türkiye Elektrik Dağıtım Bölgeleri 2

Bu limitlerin dışında gerçekleşen çalışma, veri kaybına, yanlış komutlara ve cihazın kapanmasına veya arızalanmasına neden olur. Cihazlarda işlev kaybının sonuçları, özellikle gerilim eski haline geldiğinde, yol verme koşullarına dayanmaktadır. Belirli cihazlar, örneğin kendine ait gerilim düşüklüğü saptama cihazlarına sahiptir ve bu özellik, verilerin yedeklenmesini ve hesaplama süreçlerini ve herhangi bir yanlış komutu engelleyerek güvenliği sağlamaktadır.

Hız kontrol cihazları

Hız kontrol cihazlarına uygulanan gerilim düşüklüğü problemleri şunlardır:

► Motora yeterli gerilimi sağlamak mümkün değildir (tork kaybı, yavaşlama).

► Doğrudan tesisattan beslenen kontrol devreleri çalışamamaktadır.

►Gerilim eski haline döndüğünde aşırı akım meydana gelmektedir (tahrik filtresi kondansatörü yeniden şarj edilmiştir).

► Tek bir fazda gerilim düşüklüğü meydana geldiğinde aşırı akım ve dengesiz akım meydana gelmektedir.

► Enversör işlevi gören DC tahriklerinde kontrol kaybı mevcuttur (tekrar devreye alarak fren yapma)

► Hız kontrol cihazları, %15'ten fazla gerilim düşüklüğü meydana geldiğinde genellikle bozulmaktadır.

Aydınlatma

Gerilim düşüklükleri, akkor lambalarda ve flüoresan ampullerde erken eskimeye neden olmaktadır. Yaklaşık 50 ms süren ve %50'e eşit veya daha yüksek gerilim düşüklükleri, gaz deşarjlı ampullerin sönmesine neden olacaktır. Tekrar açmadan önce ampulün soğuması için birkaç dakika beklenmelidir.