Senkron Jeneratörlerdeki Elektriksel Dengesizlikler

Senkron jeneratör bir hareket kaynağından elde edilen mekanik gücü, belirli bir gerilim ve frekansta alternatif akıma dönüştürerek elektrik gücü elde eden makinalardır. Senkron jeneratörler, dünyada kullanılan elektrik gücünün büyük bir kısmı üretmek için kullanılmaktadır. Bu çalışma da senkron jeneratörlerde meydana gelen gerilim davranışları inceledik.

A- A+

18.10.2016 tarihli yazı 22395 kez okunmuştur.

Senkron Jeneratörlerde Belirli Parametrelerin Ölçümü

Senkron jeneratörlerin davranışını tam olarak belirleyebilmek için üç büyüklüğün bilinmesi gerekir:

► Uyarma akımı ile akı arasındaki bağlantı,
► Senkron reaktans,
► Endüvi direnci,

Senkron jeneratörler bu parametreleri belirlemek için boşta çalışmalıdır. Boşta çalışma karakteristiği, herhangi bir uyarma akımı ile jeneratörlerde indüklenen voltaj seviyesi belli edilerek voltaj ve akım dengesizliğine karşı ihtiyati bir tedbir olarak görülebilir.

Senkron Jeneratörlerde Senkron Reaktansı Nasıl Bulunur?

Senkron jeneratörlerin kendine has senkron reaktansı bulunmaktadır. Bu amaçla bu reaktans değerinin bulunması için üç metot kullanılmaktadır.

► Boşta çalışma metodu ile uyarma akımına karşılık gelen indüklenmiş gerilim bulunur.
► Kısa devre metodu ile kısa devre akımı bulunur.
► Gerilim / kısa devre akımı bölünerek reaktans bulunur.

Senkron Jeneratörlerdeki Elektriksel Değişimler

Bir eş zaman jeneratörünün gerilimi; akıya, dönme hızına ve makinanın mekanik yapısına bağlıdır. Belirli bir mekanik yapı ve hızda, daha yüksek bir gerilim için makina daha yüksek bir akı değerine gereksinim duyulur. Makinada oluşacak olan maksimum gerilim ayarlanmasında göz önüne alınması gereken diğer bir büyüklük sargı yalıtımının bozulma değeridir. Normal çalışma değerleri yalıtımı bozabilecek değerlere çok yakın olmalıdır.

Senkron Jeneratörlerde Yük Değişimlerine Karşı Gerilim ve Akım Dengesizliği

Senkron jeneratörün değişik yüklere karşı gösterdiği davranışın sonuçları;

► Senkron jeneratöre geri güç faktörlü (endüktif reaktif yük) yükler eklenirse faz gerilimi ve uç gerilimi önemli ölçüde azalır.
► Bir jeneratöre birim güç faktörlü (reaktif olmayan güçler) yükler eklenirse faz gerilimi ve uç geriliminde çok az bir düşüş olur.
► Bir jeneratöre ileri güç faktörlü (kapasitif yükler) eklenirse faz gerilimi ve uç gerilimi yükselecektir.

Senkron Jeneratörlerde Koruma

Jeneratörler, güç sistemleri içerisinde çok önemli donanımlardır. Bu donanımlar da oluşan arızalar çok nadirdir. Ancak bu arızalar, oluştuğu takdirde sisteme ciddi zararlar verebilir. Bu nedenle bir arıza durumunda bir jeneratörün sistemden çıkararak izole edilmesi amaçlanıyorsa, jeneratörün korunması mutlak bir gerekliliktir.

Ayrıca koruma denildiğinde aşırı akım ve gerilimlere, frekans değişimlerine, nötr akım arızalarına, transient arızalarına ve hız aralığı gibi arıza tipleri dışında da koruma sağlanmalıdır.

Aşağıdaki tabloda koruyucular ile ilgili röleleri listelenmiştir. İşlevleri en sık jeneratörlerde kullanılan koruma düzenleridir. Yukarıdaki şekilde kumanda şemasında gösterildiği gibi röleler yerleştirilmektedir. Röle türü sütununda gösterildiği gibi, çoğu koruma röleleri jeneratör koruma düzenlerinde bulunan ekipmanın türüne özgü değildir ama daha genel türleri içindir.

Tek Faz Gerilim Sinyalinin Kaybı

Tek faz gerilim sinyali kayıplarına birçok etken neden olabilir. Bu etkenlerden birincil olanı gerilim trafosu devresinde bulunan çıkış sigortasında meydana gelen arızalardır. Diğer nedenlerden biri de uygun kablo seçiminin yapılmamasıdır. Nadir görülen etmenler ise gerilim trafo arızası, kontakların sürekli açılması ve bakım sırasında oluşan kayıplardır.

Bu gerilim trafolarını koruyan rölelerin amacı, voltaj sinyallerinin sabit bir gerilim seviyesinde olmasını sağlamaktır. Rölelerin kullanılmaması durumunda gerilim trafolarındaki bu sinyal kaybı ani etkilerle ve bazı koruyucu rölelerinin olası kayıplara karşı voltaj regülasyonunu sağlamak amacıyla jeneratörlerin fazla uyarılmasına neden olacaktır. Bunun sonucunda ise jeneratörlerin kullanım ömrü kısalacaktır.

Gerilim trafosunda meydana gelen sinyal kaybı sonucu etkilenecek koruma röleleri arasında şunlar vardır:

► ANSI 21 - Mesafe rölesi. Sistemi ve jeneratörün olduğu bölgenin faz arızaları için yedek koruması
► ANSI 32 - Ters güç rölesi. Sıralı açma ve yanlışlıkla enerji verme gibi fonksiyonlara karşı koruma.
► ANSI 40 – Manyetik alan kaybı koruması.
► ANSI 51V – Gerilim kontrollü zamana karşı aşırı akım rölesi.

Sigortalar sinyal kaybını tespit ederlerse yukarıdaki röle tiplerinde bu durumlar gerçekleşmesi beklenmez.

Büyük jeneratörler için yaygın olarak kullanılan korumalar genellikle gerilim transformatörlerinden iki takım konulması, anlık gerilim ölçümü ve gerilim regülasyonunu sağlamaktır. Bu nedenle, gerilim trafolarındaki geçen gerilim sinyallerinin algılama kaybını engellemek için en yaygın uygulama, kullanılan gerilim trafo çiftlerinin sekonder taraflarının birleştiği noktaya gerilim denge rölesi konulmasıdır.

Şekilde gösterildiği gibi bir gerilim denge rölesi kullanılmıştır. Bu gerilim denge rölesi, sigortanın bir gerilim dengesizliği algılaması durumunda bu rölenin çalışmasını tetikler. Bu tetiklemenin sık sık olmaması için tipik olarak, gerilim dengesizliği % 15 olarak ayarlanır.

Sistemde bulunan tüm gerilim trafolarında, geçen bir veya daha fazla sinyal kaybının meydana gelmesi durumunda, aşağıdaki yöntemler kullanılmalıdır:

► Olası bir pozitif devresinde meydana gelen gerilim düşüşü ile birlikte negatif devre de ise aynı anda gerilim yükselmesi meydana gelir. Pozitif devre de oluşan bu düşüşün büyüklüğü bir sigorta kesintisinden etkilenen fazların sayısına bağlıdır.

► Başka bir durum ise gerilim trafosunda meydana gelen gerilim düşüşünün bir arıza olmadığının koşulu ise akımın büyüklükleri ve fazlarda herhangi bir değişiklik olmaması gerekir. Bu nedenle, negatif ve sıfır bileşen akımları, küçük bir tolerans değerinin altında kalmalıdır. Bir arıza koşulu pozitif ve negatif akım seviyelerinde değişiklikleri izleyerek gerilim trafosundaki sinyal kaybı ile ayırt edilebilir.

Yukarıdaki tüm koşullar gerilim trafolarındaki her gerilim düşümünün arıza olarak algılanmaması ve sistemi devamlı bloke etmesini engellemek içindir. Aşağıdaki koşullar T1 zaman rölesinin arızayı geç algılaması durumunda meydana gelecek olan durumlardır:

► Pozitif devrenin belirlenen gerilim değeri altındaki durumu SET_1,
► Negatif devrenin belirlenen gerilim değeri üzerindeki durumu SET_2,
► Pozitif devrenin belirlenen akımı I1’in üzerinde olduğu durum SET_4,
► Sıfır devresinin akımları I2 ve belirlenen akımın aşmaması durumu SET_3.

Belirli bir fazın sigorta arızası, her aşamada gerilim seviyesi izlenerek ve bir dizi değer ile karşılaştırılarak tespit edilebilir (SET_5).

Pozitif devrede meydana gelen bir gerilim yüksekliği oluştuğu anda SET_1 sıfır durumuna döner ve negatif bileşen gerilimi kaybolur. Normalde SET_1 sıfıra dönmediği takdirde negatif devrede meydana gelen gerilim düşüklüğü sonucunda arıza devamlılık gösterir. Bunun sonucunda arızanın devamlılığı devam eder bu da istenilen bir durum değildir.

Bunları Biliyor muydunuz?

► Jeneratörler sonsuz güçlü bir şebekeye bağlandığı zaman, gerilim ve frekansın sabit olduğunu,
► Enterkonnekte şebekelerde, bus baralarının ana kaynağının senkron jeneratörlerden oluştuğunu,
► Senkron jeneratörlerde iki ayrı sargı tipinin olduğunu,
► Senkron jeneratörlerinin büyük bir elektromıknatıs özelliğine sahip olduğunu,

► Senkron jeneratörlerinin elektrik üretme yeteneği öncelikli olarak makinadaki ısınmayla sınırlı olduğunu,
► Senkron jeneratörlerin büyük bir güç sistemine paralel bağlanması sonucu, sistemin frekans ve gerilimi üzerinde etkisinin olmadığını,
► Senkron jeneratörlerinin ulusal şebekelerde reaktif güç eksiğinin kapatmak için jeneratörlerin elektrik üretme tesislerinde belirli dönemlerde boşta çalıştırıldığını,

Kaynak:

►Elektrik Makinalarının Temelleri (Stephen Chapman)
►General Electric
►Electrical-Engineering-Portal

Yazar: Turan Çakıl