Koruma Rölelerinin Gelişimi |
2. Bölüm

Geçmişten günümüzde koruma rölelerini incelediğimiz yazı serimizin ikinci bölümünde koruma röleleri için ciddi bir öneme sahip ölçüm trafoları, ölçüm cihazlarının yapılandırılması ve seçici koruma durumlarını inceledik.

A- A+

30.05.2018 tarihli yazı 10054 kez okunmuştur.

Ölçü Transformatörlerinin Kullanımı

Akım trafoları 1898 yılında G. Benischke tarafından icat edildi. Bu icat sonrasında ikincil rölelerin bağlanmasını mümkün hale geldi. O zamanlarda röleler normal olarak 5A düzeyinde çalışmaktaydılar.

►İlginizi Çekebilir: Koruma Rölelerinin Gelişimi | 1. Bölüm

1907 yılında ölçü trafolarının doğruluk payı %1 seviyelerindeydi. Elektromekanik röleler, özellikle de menteşeli armatüre sahip olanlar, çalışmak için daha çok enerjiye ihtiyaç duymaktaydı. Bu rölelerin nominal akımları 5A seviyesindeydi. Gerekli nominal akım, güç redresörleri ve sabit mıknatıslı hareketli bobin elemanları kullanılarak 1A 'e düşürülmüştür. 1926 yılında Arnold, nominal akım değeri 1A olan röleleri kullanmayı teklif etti. Fakat günümüze kadar yeni trafo merkezleri 5A seviyesinde inşa edildi. AEG, 1908 yılında zaman sigortasıyla açma işleminin gerçekleştirildiği akım trafosunu tanıttı. Sigortanın akım seviyesine ulaşıldığı ana kadar akım trafosu kısa devre durumundadır.

Walter Rogowski, 1912 yılında akımları ölçmek için bir devre önermiştir. Rogowski-bobinleri, röle yükü gereksinimlerini karşılayamadıkları için nadiren kullanılmıştır. Bu bobinler alternatif akımları veya yüksek hızlı akım darbelerini ölçmek için kullanılmıştır.

Ölçüm Cihazlarının Yapılandırılması ve Yardımcı Röle

İlk kullanılan menteşeli armatür tipi röleler, yüksek bir iç tüketime sahipti ve sıfırlama (reset) oranı 0.8'in altındaydı. Bu menteşeli armatür tipi röleler yaygın olarak yardımcı röleler olarak kullanılmıştır. Döner armatür röleleri daha düşük bir iç tüketime sahipti ve yaklaşık 0,85'lik bir sıfırlama oranına ulaştı.

Paralel çizgilerle veya halkalara sahip aşırı akım röleleriyle jeneratörlerde seçicilik elde etmek mümkün değildi. C. Dedreux 1891 yılında gecikmeli bir aşırı akım açma cihazı geliştirdi. Gecikmeli ve gecikmesiz aşırı akım röleleri 1900 yılında geliştirildi. Çalıştırılma prensipleri hala bugün bile geçerlidir. Bu röleler birincil tetikleme cihazları ve ikincil röleler olarak kullanılmıştır.

Bir açma cihazı, devre kesiciyi mekanik olarak hareket ettirir; bir röle ise bir elektrik devresini anahtarlar. Her ikisi de problem oluşturabilecek değerlerle karşılaşıldığında çalışır. Bir aşırı akım rölesi, belli bir seviye aşıldığında devre kesicinin bobinini açar. Açma tertibatının ölçme sargısı birincil akım tarafından temizlenir ve açma (trip) devre kesiciye bir bağlantı üzerinden iletilir. Açma işleminde rölenin kullanılması için rölenin kendisinin yardımcı gerilimi gereklidir.

Dikkat edilmesi gereken bir diğer nokta ise ilk aşırı akım rölesinin Ferrari disk tarafından sürülen bir zaman rölesi olmasıdır. Bu, o zamana kadar kullanılan kurşun şerit eriyen bağlantıların (fusible link) adaptasyonuna izin verdi. İlk AEG rölesi (3 fazlı tasarım), alüminyumdan yapılmış bir disk üzerinde hareket etmek için farklı iletkenlerden iki akım kullandı . 1902 yılında Charles Brown zaman gecikmesine sahip bir aşırı akım rölesi önerdi. Bunu başarmak için bir Ferraris diski kullandı. Ağırlık (7) değiştiğinde başlangıç değerleri değiştirilebilir. Diskteki (5) zaman çizgisinin (6) uzunluğuyla kontakların (8) kapatma zamanı değiştirilebilir.

►İlginizi Çekebilir: Elektrik Sigortası İle Kaçak Akım Rölesi Arasındaki Farklar

S & H tarafından yapılan bağımsız aşırı akım rölesi RAs4 senkronize edilmiş Ferraris diski ile akımdan bağımsız bir gecikme sağladı. Akım belirlenen seviyenin altındaysa, akım bölgesinde çalışan armatür diski bölerek kullanır. Eğer akım seviyesi ayarlanan değeri aşarsa ; bu engelini kaldırır ve armatür ile disk birleşir. Yay üzerindeki kuvveti değiştirmek başlangıç akımını değiştirir (üst ölçek). Bağlantıların şeklini değiştirmek gecikmeyi (alt ölçek) değiştirir. Kısa devre akımı temizlendiğinde , armatür başlangıç konumuna geri döner. Bu aynı zamanda dışarıdan sıfırlanabilir ve problemin ne kadar sürdüğünü de gösterirdi.

Seçici Koruma

Seçici koruma 19. yüzyılda geliştirilmiştir. Niagara’da bulunan tesislerde , 11-kV’luk bir güç için seçici bir hat korumasına ihtiyaç vardı. Niagara’da teknik sorumlu olan Stillwell inovatif bir yaklaşımla bu korumayı oluşturmayı başardı. Yaklaşımında aşırı akım ve zaman rölelerini ortak eleman olarak kullanmıştır. GE fan motorunu yönlendirme elemanı olarak kullanmıştır. Çift hat için ters akım rölesini icat edildi. 1900 yılındaki Paris fuarında, aşırı akım ve ters akım rölelerini kullanan otomatik bir işletme devre kesicisi önerildi. İki kutuplu röle, basınçlı hava ile bir yağ devre kesicisini çalıştırdı.

►İlginizi Çekebilir: Ölçü Trafoları Kullanım Amaçları ve Önemli Yönleri

Alternatif akım (AC) için ilk ters-akım röleleri, DC için olanla aynı isme sahipti. H. Probst , küçük şönt motorların kullanımından etkilenerek AC ters akım rölesini icat etti. Bu fikre karşı pek çok itiraz olduğunu söyledi; Hatta bazıları Probst ‘un elektrik mühendisliği hakkında hiçbir şey bilmediğini iddia ediyordu. Yine de o, ters güç korumasını icat etti. Patent talep edilmeden önce, 1903 yılında AEG Gerhald, ETZ dergisinde ters güç korumasını tanımlamıştı.

►İlginizi Çekebilir: Koruma Sistemlerinde Seçicilik-1. Bölüm

Röleler, ölçüm transformatörleri tarafından akım ve voltaj ile beslenir; açma cihazlarını (tripping device) çalıştıran bir paralel devreyle. Bu, trafo ile çalışan açma cihazlarının ilk referansıydı. Verilen gerilim bir hata durumuna uygun olmamasına rağmen , daha sonraki cihazların aksine röle paraleldeki gerilim trafosuyla beslendi. Akım trafosuna uygun röleler seri bağlanan akım trafolarıyla beslenir.

Bu yönlendirici rölenin ana kullanım amacı, güç yönünün değişimi kriterini kullanarak, paralel işletilen transformatörlerde arıza durumunda arızalı jeneratörü kesmek. Şebekeden gelen yardımcı güç, hem ikincil röleleri çalıştırmak hem de şönt açmasını gerçekleştirmek için gereklidir. 1886 yılında Henri Owen Tudor akümülatör için bir patent önerdi.

Henry Owen Tudor

Trafo beslemeli açma cihazları önemi daha az olan tesislerde kullanıldı. Ancak unutulmamalı ki ilk tesislerde, iki akım trafosundan biri röle için diğeri ise açma cihazı için kullanıldı. 1908 yılında geliştirilen Cleveland korumasında akım trafosu kesici mekanizmasının açma cihazıyla bağlanmıştır. Daha sonraları tetiklemeler zamanlama elemanı olarak kullanılmıştır.(Clock’lar)

"Seçicilik" terimi aralıklı ve sürekli akımlar arasındaki farklılığı belirtmek için zaten telefon sistemlerinde kullanılmaktaydı. 1901 yılındaki aşırı akım korumasının tanıtılmasında zaman, aralıklı ya da sürekli olarak belirtilmemişti. Daha sonra zamanlama elemanları olarak tetikleme noktalarını kullandılar. 1903 yılında, Merz ve Price uzun süreli akım diferansiyel koruma önermiştir. 1902 yılında C.E.L Brown ve Siemens , bir menteşeli armatürün aşırı akım rölesindeki kullanımını anlatan bir yazı yayınlamışlardır. Ancak BBC akıma bağlı bir röle için patent talep etmiştir.

Bir yıl sonra AEG, bir ferrari disk üzerinde iki faz ile beraber çalışabilecek aşırı akım rölesini gerçekleştirdi ve jeneratör koruması için " ortak maksimum ve geri akım rölesi" ismiyle bir patent aldı. Üç hatlı manyetik bir çekirdekle sürülen alüminyum bir diskti. Dış hatlar gerilimle, merkez hatlar ise akım tarafından uyartıldı. Normal akım yönü durumunda , yüksek akımlarda rölede büyük bir gecikme vardı, ancak ters akım koşullarında hemen devreye girdi. (Kesme işlemi)

F&G ve Chr. Kramer 1904 yılında alternatif akım devrelerinin otomatik olarak açılmasını sağlayan bir röle için patent almışlardır. Seçici kısa devre koruması olarak, gerilim düşümünün zaman elemanı seçildiği, bir ferrari diskini kullanmışlardır.

ASEA ilk aşırı-akım-zamanlı koruma rölesini 1905'te, TCB tipinde tasarladı ve üretti. 1908 yılına gelindiğinde ring sistemlerinin koruma ihtiyacı önemli derecede artmaya başladı. İlk düşünceler yönlendirme elemanları olmadan gerilim düşüm rölelerinin kullanılmasından yana oldu. Bunun için bir AEG patentinde zamanlama elemanını bloke etmek için kısa devre voltaj ayarını kullanan bir çözüm tanımlandı. Bu elbette, tüm rölelerin aynı zaman ayarına sahip olması ve ring istasyonda sadece bir devre kesici olması durumunda geçerlidir.

1913 yılında otomatik tekrar kapama fikri Emag Bollinger tarafından patentlendi. 1930'larda motorları tekrar çalışmasını sağlamak ya da manuel olarak kapatmak yaklaşık 3 dakikalık bir zaman almaktaydı. 1925 yılında V&H'in geliştirdiği " otomatik açma-kapama sivici" ile açma işlemi gerçekleştikten sonra 3 dakika içerisinde istasyondaki anahtarlar tekrar eski konumuna gelmeyi sağladı.Böylece bir anahtar için harcanacak zaman tüm anahtarlar için aynı zamanda gerçekleşti.

W. Schrader ve V&H 1914 yılında otomatik aşırı akım tetikleme cihazları için bir röle patentlemiştir. Bilinen ekstra yüksek akım rölelerinin aksine bu cihaz belirli bir seviyeye ulaşana kadar beklemedi; belirli bir zamanda belirli bir genlik artışından sonra tepki verdi. İlki "di/dt " göre çalışan röledir.

1900 yılından beri prensip bilimesine rağmen,ilk kez 1918 yılında zıt yönlerde derecelendirme kullanılmıştır. Bugün, yönlendirmeli (directional) aşırı akım koruması olarak bilinir. Enerji santrallerine yakın olan sistemlerde bile koruma işlemi süresi oldukça yüksekti.(12 saniye) AEG 1919 yılında bağımlı aşırı akım korumasını hat koruması olarak kullandı. Buradaki devre kesici ve röleler seçici zaman aralığını 0.5-1.5 saniye olarak kullanmaktaydı.

AEG, ana bağlantılar üzerinde bir bağlantıyı kullanarak kablo koruma rölesi geliştirdi. (Pfannkuch-koruması) M. Höchstadter ise aynı yıl başka bir kablo koruma rölesi olan Lypro 'yu önerdi. Bu röleler iki fazlı kısa devreleri ve toprak arızalarını tespit edebilir. 1920'lerde ABD'de çalışma süresi 0.5 saniye, Almanya gibi avrupa ülkelerinde 2 saniye ve fazlası yaygındı.

Kaynak:

►PAC History