OG Dağıtım Şebekelerinde Faz-Nötr ve Faz-Toprak Kısa Devre Akımlarının Sınırlandırılması

                                                                       
Şekil 1

Yukarıda belirtilen mahsurlardan dolayı bugün genellikle nötr noktaları direkt veya bir direnç (veya reaktans) üzerinden topraklanmaktadır. TEİAŞ' ın 14.02.1992 tarihli kararı ile Türkiye O.G. şebekesindeki tüm voltaj kademelerinde faz-toprak arıza akımlarının 1000 Amper' de sınırlandırması için uygun değerde bir direnç üzerinden ayırıcısız olarak toprak şebekesine bağlanması kayıt altına alınmıştır.

Hatta nötr noktası dışarıda olmayan veya üçgen sargılı transformatörlerle bile, topraklama trafosu üzerinden yapay nötr noktası oluşturularak nötr topraklı sisteme dönüştürülmektedir. (Şekil 2)

NÖTR TOPRAKLAMA ÇEŞİTLERİNİN MUKAYESESİ 

1. DİREKT TOPRAKLAMA 

Nötr noktası, 1 ohm' dan küçük topraklama şebekesine bir iletkenle bağlanır, ancak arıza akımlarını sınırlamak mümkün olmaz, buna mukabil arızasız fazlarda gerilim yükselmesi söz konusu olmaz, arıza akımını algılamak kolaydır. Kesiciler, akım trafoları, transformatörler zorlanır. Arkın kendiliğinden sönmesi beklenemez.

                                                                       
Şekil 3

2. DİRENÇ VEYA REAKTANS ÜZERİNDEN TOPRAKLAMA

Sıfır bileşen empedans, sistem empedansından çok büyük olmayacak derecede (Z0<3Z1) uygun değerde direnç (nötr topraklama direnci) veya reaktans (nötr topraklama reaktörü) üzerinden 1 ohm' dan düşük topraklama şebekesine bağlanır. Dirençle topraklama, reaktörle topraklamadan daha az yatırım maliyeti vardır. Direncin veya reaktansın değeri yükselince arıza akımı düşer buna mukabil arızasız iki fazın voltajı yükselir. Genellikle tek fazlı kısadevre akımları, üç fazlı kısadevre akımlarının onda biri olacak şekilde direnç ve reaktans seçilir.

                                                                      Şekil 4

Pratik hesap örneği; 

50 MVA 11 kV kısadevre gerilimi Z=%9 olan bir trafonun hemen yakınındaki üç fazlı kısadevre akımı

Isc =(50.000/√3x11) x (100/9) = 29 kA

tek fazlı arıza akımını, bu akımın %10 ile sınırlandırmak istenirse,

I0=0,1 x 29 = 2,9 kA için R=(11.000/√3) / 2900 Amper = 2,2 ohm' luk

1000 Amper 5 (veya 10) saniyelik IP23 koruma dereceli bir Nötr Topraklama Direnci seçilebilir. Bunun TEİAŞ isteklerine uygun olması da istenirse, o zaman

R=(11.000/√3) / 1000 = 6,3 ohm 5 saniye' lik

11/√3 kV IP23 nötr topraklama direnci olabilir.

Pratik hesap örneği;

30 MVA 13,8 kV sub-transient reaktansı X'd=%12 olan bir generatörün hemen yakınındaki üç fazlı bir kısa devrede ilk peryottaki arıza akımı,

Isc = (30.000/√3x13,8) x (100/12) = 10,5 kA

Tek faz-toprak akımını bunun %10' u kadar bir noktada sınırlandırmak

I0 =0,1x10,5=1,05 kA

Böylece 13,8/√3 kV 1000 A 5 saniye IP23 nötr topraklama direnci seçilebilir. İçindeki akım trafosu

1000/5 A 30 VA 10P5 olabilir.

Türkiye şebekesinde TEİAŞ' ın 34,5 kV şebekede kullandığı Nötr Topraklama Dirençleri

34,5/√3 kV 1000 Amper 20 Ohm 5 saniye ve IP23 koruma derecesine haiz ayırıcısız tiptedir.

3. YÜKSEK DEĞERLİ REAKTANS BOBİNİ ÜZERİNDEN TOPRAKLAMA 

Havai hatlar ve kabloların kapasitif reaktanslarının, uygun değerde bir nötr topraklama reaktörü ile rezonansa yakın noktalarda çalıştırılarak, ark akımını en aza indirip kendiliğinden sönmesi temin edilir. Arızanın kaynağa olan uzaklığına bağlı olarak, bobin değerinin de değişmesi gerekeceğinden kullanımı pratik değildir.

Ayrıca faz-toprak arıza akımlarının çok küçük değerlerde sınırlandırılması, besleme noktasından ayrılan diğer hatlardaki akım rölelerinin küçük değerde ayarlanmasını gerektirir. Böyle bir durumda ise, arızalı hattın arızasız hatların kapasitansları ile geri beslemesini sonuç verir ve arızasız hatların röleleri bu akımla gereksiz çalışıp, kesintiye sebep olur.

Şekil 5
 

KAYNAKLAR

1. Transmition and Distribution Reference Book Chapter 19

2. Topraklama Sistemine Genel Bakış / Turan HOCAOĞLU 3E / Aralık 99

3. Merlin Gerin E/CT62 April 96

4. ABB Switchgear Manual

Hilmi Çorapsız

Hilkar LTD.