Diferansiyel Koruma İçin Özel Durumları

Akım trafolarının gereksinimlerine bağlı olarak uygulanabilecek diferansiyel koruma çeşitleri;
 
► Yüksek empedans koruması,
► Kablo diferansiyel koruması
► Yüzde diferansiyel koruması
► Düşük empedans diferansiyel koruması olarak ifade edilebilir.

 

Yüksek Empedans Koruması

Bu koruma türü motorların, jeneratörlerin, baraların ve transformatörlerin kısıtlanmış toprak arızasının (Restricted Earth Fault-REF) engellenmesi için kullanılır. Aynı voltaj düzeyine sahip bir alanın koruması hedeflenir. Uygun koşullarda, giriş akımı i_e , çıkış akımı i_s ile eşit olur. Dolayısıyla diferansiyel akım i_d = 0 olur.


 

Giriş ve çıkış akımlarının izlendiği alana bir arıza akışı akabilir ve akım trafosunu doyuma götürebilir. Dolayısıyla bu koruma tipinin sistemde kararsızlık oluşturma riski bulunmaktadır. Rölenin kararlılığı, stabilize edici bir dirençle (R_st) seri bağlanarak elde edilir.

(R_st + R_p) ≥ (R_ct + 2R_L) × I_ssc / I_r , sistem bu denkleme uyacak şekilde olmalıdır.

I_ssc = Akım trafosunun sekonder kısmında gözlenen maksimum geçiş akımı,

I_r = Röle sekonder set (ayar) akımıdır.

R_st ; 1-500 ohm arasında değişebilir. Rölenin belirli bir Ir akımında düzgün çalışabilmesi için, knee point gerilimi (knee point voltage: gerilimde % 10'luk bir artışın mıknatıslanma akımını %50 artırdığı gerilimdir)  V_k aşağıdaki değerden daha büyük olmalıdır:

Vk > 2 . (R_st + R_p + R_ct + 2R_L) . Ir                                (1)

Kural olarak R_ct+2R_L, R_st+R_p ile karşılaştırıldığında önemsizdir:

Vk ≥ 2 .Ir .(R_st + R_p)                                                  (2)

Bu iki denklem birleştirildiğinde;

Vk ≥ 2 . Issc . (R_ct + 2 R_L)                                          (3) elde edilir.
 
Bu eşitlikte, R_ct değeri yüksek olduğunda R_st ve V_k’nın daha büyük değerlere sahip olduğunu göstermektedir. Yüksek değere sahip stabilize edici direnç, akım trafosunun sekonder kısmında aşırı gerilim oluşmasına sebep olur. Yüksek empedans diferansiyel korumasının yapıldığı uygulama ne olursa olsun, tüm akım trafolarının aşağıdaki özelliklere sahip olmalıdır;

► Aynı oran
► Aynı mıknatıslanma eğrisi (aynı minimum V^_k)
► Aynı maksimum R_ct

Rölenin I_r akımını algılaması için, paralel bağlı akım trafosu terminallerinde V_s = Vk / 2 gerilimi oluşmalıdır. Bu amaçla, röle tarafından tespit edilen minimum primer akım I_rms  değeri ; I_rms = n × (I_r + ρ × I_o)  formülüyle hesaplanır.

n = Akım trafosu oranı
ρ = paralel bağlı akım trafolarının sayısı
 

Motor Diferansiyel Koruma Uygulaması

Jeneratör  Diferansiyel Koruma Uygulaması

Bu uygulamada maksimum geçiş akımı sadece jeneratör tarafından sağlanan kısa devre akımıdır. Jeneratör sub-transient (alt-geçici durum) reaktansının yüzdesini biliyorsanız;

I_ssc = I_n × 100 / % X  olarak hesaplanır
 
Bu değer bilinmiyorsa, % X değeri 15 alınır.


 

Toprak Arızası Diferansiyel Koruması (REF) Uygulanması

Bu koruma, transformatörün sekonder sargılarında ve akım trafosuna kadar olan yalıtım hatalarını tespit eder. Korunan alanın dışındaki bir arıza akımı için akım trafolarındaki maksimum geçiş akımına bağlı olarak R_st ve Vk değerleri hesaplanır. İlk yaklaşım olarak, bu akımın transformatör tarafından sınırlandırılan akımdan daha düşük olduğunu söyleyebiliriz.



 

Kablo Diferansiyel Koruması

V_toplam = a×I₁ + b×I₂ + c×I₃ + d×I_h

 

Eğer iki voltaj farklıysa, her iki röle de açar. Böylece bir koruma sağlanmış olur. Bu koruma türünde X Sınıfı akım trafolarının kullanımı gereklidir ve her üretici, minimum knee point voltage (Vk) için bir formül verir. Gerekli minimum diz noktası voltajına bir örnek:

Vk (min) = 0,5 × N × k_t × I_n × (R_ct + X × R_L)

burada N, kt ve X; röle tepki süresi, duyarlılık ve bağlantı türüne bağlı sabitlerdir.

Yüzde Diferansiyel Koruması

   "Yüzde diferansiyel" terimi, işletme eşiğinin (Operating Threshold) geçiş akımı ile artması gerçeğinden kaynaklanmaktadır. Akımlar basit bir şekilde karşılaştırıldığında, akımla birlikte fazda gerçekleşen her bir yukarı yada aşağı hareket transformatör diferansiyel koruması için uygun değildir.

Bunun nedeni ise:

► Bir güç transformatörünün yukarı veya aşağı akımları aynı genlik ve faz açısına sahip değildir.
► Transformatöre enerji verildiğinde, manyetizasyon akımı sadece yukarı yönde görülür.
  
Bu sorunları çözmek için alınması gereken önlemler:
 
Amaç; rölenin normal çalışma koşullarında aynı genliği, yukarı ve aşağı akımlarında aynı fazı görmesini sağlamaktır. Bu, akım trafosu oranının ve bağlantıların akıllı bir şekilde seçilmesi ile başarılabilir.
 
Bu amaçla eşleşen akım trafoları kullanılır ve korunan alanın dışında bir toprak arızası oluştuğunda korumanın engellenmesine neden olabilecek sıralı akımın yok edilmesine genellikle yardımcı olurlar. Bununla birlikte, yeni dijital rölelerin çoğu dahili olarak, parametre ayarı ile akımları "sıfırlamak" için gereken ayarlamaları yapabilir, böylece bunların uygulanmasını oldukça basitleştirir.

Akım Trafosu Gerilimi Vk

Düşük Empedanslı Diferansiyel Koruması

Bu koruma baranın diferansiyel koruması için kullanılır. Çok masraflı ve yer kaplayan bir yapıya sahiptir. Çok sayıda modül içerir ve santral boyutuna göre bir veya daha fazla hücreyle, eşleştirilmeye ihtiyaç duyan akım trafoları bulunur.

Çiftli bir bara santralinde, her besleyicinin ve girişin akımlarını, bu besleyicinin veya girişin bulunduğu ara barayı izlemeyle görevli röleye yönlendirmek için, transfer anahtarı konumu sürekli "informed" pozisyonunda bağlanmalıdır. Bununla birlikte doygunluğun tolere edilebilmesi için, knee point voltage gereksinimleri, yüksek empedanslı diferansiyel korumadan daha fazla olmalıdır.


Kaynak:

►electrical-engineering-portal.com