Elektrik şebekesinde kısa devre arızası meydana geldiğinde, kısa devre akımının izolasyonu bozulan hava boyunca ilerlemesiyle ark flaş olayı gözlemlenir. Oluşacak ark flaş yüksek ısı, basınç, ses ve enerjiye sahiptir. Ark flaş olayları, elektrik ekipmanlarında büyük hasarlara, ciddi yaralanmalara ve hatta can kayıplarına neden olabilir. Bunun yanında ark flaş sonrası zarar gören elektrik ekipmanlarında gerekli bakım ve tamir maliyetleri ve işletme kayıplarına ilaveten tıbbi ve yasal masraflar da oluşabilir. Şekil 1’de ark flaşa maruz kalmış bir orta gerilim hücresine ait fotoğraf yer almaktadır.
 

 

Şekil 1: Ark flaşa maruz kalmış orta gerilim hücresi

Oluşacak arkın etkisini belirleyen ark enerjisidir. Ark enerjisi de ark akımının büyüklüğü, arkın temizlenme süresi ve ark ortamına bağlıdır. Şekil 2’de görüldüğü gibi ark süresini düşürmek, ark enerjisini ciddi şekilde düşüreceği için arkın oluşturacağı olumsuz etkileri azaltacaktır.
 

 

Şekil 2: Ark enerjisinin zamana bağlı sebep olduğu hasar

Ark süresini hızlı şekilde algılamak ve ark akımını kısa sürede temizleyebilmek için panolarda aşağıdaki uygulamalardan faydalanılabilir.

► Basınç Sensörleri: Pano içerisinde ark sırasında oluşacak yüksek basınç, sensörler tarafından algılanarak ilgili koruma ekipmanı üzerinden arızayı temizler. Arızayı algılama süresi 20ms’den kısadır.

► Işık Sensörleri: Pano içerisinde ark sırasında oluşacak yüksek ışık akısı, sensörler tarafından algılanarak ilgili koruma ekipmanı üzerinden arızayı temizler. Arızayı algılama süresi 5ms’den kısadır.

Bu yazımızda ark flaş arıza temizleme süresini kısaltmak için kullanılan ışık sensörleri ve uygulama alanlarına değinilmiştir.

Işık sensörleri, noktasal ve hat tipi olarak iki çeşitte üretilmektedir.



 

Pano içerisindeki bara, kesici ya da kablo bölmesi gibi (Bkz. Şekil 4) belirli bir noktaya, belirli bir açıyla yerleştirilen ve o alandaki yüksek ışık akısını algılayan sensörlerdir (Bkz. Şekil 3).
 

 

Şekil 3: Noktasal ışık sensörü




Şekil 4: Noktasal ışık sensörü montaj noktaları

 

Genellikle bara bölmesi gibi doğrusal bir hat boyunca yerleştirilen (Bkz. Şekil 6) ve hat boyunca oluşacak yüksek ışık akısını algılayan sensörlerdir (Bkz. Şekil 5).


 

Şekil 5: Hat tipi ışık sensörü




Şekil 6: Hat tipi ışık sensörü montaj uygulaması

Işık sensörleri, koruma röleleri veya özel olarak ark flaş için geliştirilmiş koruma cihazları ile kullanılırlar. Hızlı veri iletimi için fiber optik kablolar kullanılmaktadır.

Koruma rölesi veya özel ark flaş rölesi uygulamalarında arkı algılayan ışık sensörleri bağlı olduğu koruma cihazına arızayı tespit ettikten sonra hızlı bir şekilde sinyal göndererek koruma cihazının devre kesicisini açtırması sağlanır. Bu sistemdeki algılama süresi (yaklaşık 5 ms) ve arızanın toplam temizlenme süresi, klasik koruma fonksiyonlarına göre çok daha hızlı olduğundan ark flaşın oluşacak enerjisi düşük, buna bağlı olumsuz etkileri daha düşük olacaktır.

Metal muhafazalı, hava izoleli orta gerilim panolarında bara, kesici ve kablo bölmelerine ışık sensörleri yerleştirilerek (Bkz. Şekil 7) bölmeler arası ark koruma seçiciliği sağlanabilmektedir.


 

Şekil 7: Işık sensörü montaj lokasyonları

Ayrıca koruma rölesi veya özel ark flaş rölesi uygulamalarında, arızayı algılama konusunda güvenilirliği arttırmak için, ışık sensöründen gelen bilgi yanında her hücrede yer alan akım trafolarından arıza akımı bilgisi takip edilebilir. Oluşacak bir ark durumunda koruma ekipmanı, ışık sensöründen gelen sinyal ve ayarlanan akım değerinden daha yüksek akım bilgisi aldığında, kesiciye açma komutu gönderecektir.

Örneğin; Şekil 8’de gösterilen uygulamada Fider-1’e ait kablo bölmesinde oluşan bir ark sonucunda çıkan ışık, sensör tarafından algılanacak ve bağlı olduğu hücredeki koruma rölesine bu bilgiyi iletecektir. Arktan dolayı oluşan yüksek akım, giriş hücresinde yer alan koruma rölesine bağlı akım trafosu ile algılanır. Giriş hücresinde bulunan koruma rölesi haberleşme sinyali ile Fider-1 hücresine yüksek akım algılandığı bilgisini iletir. Işık ve akım şartları sağlandığı için Fider-1’de bulunan koruma rölesi seçici çalışarak kesicisine açma komutu gönderir ve arıza temizlenir.

Şekil 8: Kablo bölmesinde oluşan arızanın temizlenmesi

Şekil 9’da gösterilen uygulamaya göre Fider-1’e ait kesici bölmesinde oluşan bir ark sonucunda çıkan ışık sensör tarafından algılanır ve bağlı olduğu hücredeki koruma rölesine bu bilgiyi iletir. Arktan dolayı oluşan yüksek akım giriş hücresinde yer alan koruma rölesine bağlı akım trafosu ile algılanır. Ark, kesici ve bara arasında oluştuğunda koruma röleleri arasındaki haberleşme sinyali ile giriş hücresinde yer alan röle kesicisine açma komutu gönderir ve arıza temizlenir.

Şekil 9: Kesici bölmesinde oluşan arızanın temizlenmesi

Uygulama olarak sadece koruma rölesi veya sadece özel ark flaş rölesi kullanılabileceği gibi sistem ve koruma güvenilirliğini arttırabilmek için birbirini yedekleyecek şekilde beraber de kullanılabilir.




Turhan Türker
Smart Infrastructure, Grid Software, Power Technologies International
Akıllı Altyapılar, Şebeke Yazılımları, Uluslararası Güç Teknolojileri
turhan.turker@siemens.com



Emre Öngay
Smart Infrastructure, Electrification & Autiomation, Solution Engineering
Akıllı Altyapılar, Elektrifikasyon ve Otomasyon, Çözüm Mühendisliği
emre.ongay@siemens.com