Koruma Sistemlerinde Seçicilik - 4. Bölüm |
ElektrikPort Akademi

7. Toprak Hata Yönlü Koruma

Toprak hata korumasında polarizasyon miktarı olarak sık sık kullanılan rezidüel akım ve rezidüel gerilim ölçülür.

Herhangi bir 3-fazlı sıstemde; F1, F2, F3 büyüklükleri arasında dengesizlik olması halinde simetrili bileşenler teorisine göre:

Rezidüel akım ya 3 adet akım transformatoruyla veya 3-faz iletkeni içine alan toroidal transformator yardımıyla ölçülür.

Şekil 6: Toprak hata yönlü koruma prensip şeması

3-adet transformatör kullanmanın güvenilir ve yüksek akımları ölçmek gibi avantajlarının yanında , kısa devre anında satüre olması ve transformatörün devreye girmesi anında hatalı rezidüel akımlar üretmesi ve pratikte eşik değerinin transformatörün nominal akımının ancak %10 değerinin altında ayarlanabilmesi gibi sakıncaları vardır.

Toroidal akım transformatörlerinin çok yüksek hassasiyet avantajının yanı sıra düşük izolasyon seviyesinde imal edilebilmesi en büyük sakıncasıdır.

Rezidüel gerilim 3 adet gerilim transformatörüyle ölçülür. Genellikle iki sekonder sargı kullanılır. Birinci sargı yıldız bağlı olup faz-nötr ve faz-faz gerilimleri ölçülür, diğer sargı ise açık üçgen olarak tertip edilerek rezidüel gerilim ölçülür.

Şekil 7: Rezidüel gerilimin gerilim transformatoru üzerinden toprak hata korumasına bağlantısı

Rezidüel gerilim toprak hatta yönlü rölesinde polarizasyon değişkeni olarak sık kullanılır.

Şekil 8: Gerilim ve akım polariteli yönlü toprak koruma bağlantısının prensip şeması

Karakteristik Açı

Hatanın yönünü belirlemek için koruma ekipmanı akım ile polarizasyon akım değişkeni arasındaki faz deplasmanını ölçer. Eğer polarizasyon değişkeni istenen röle hareketinin simetri ekseninde değilse karakteristik açı ayarlanarak faz kaydırması yapılır.

Şekil 9: Karakteristik açı

Nötrü yalıtılmış sistemlerde toprak hatasının izlenmesi ve koruma

Sistemin toplam işletme kapasitesi değeri düşük olan,  toprak hata akımının 10 A geçmediği,  nötrü yalıtılmış küçük tesislerde toprak hatası Şekil 10'da görülen sistem yardımıyla izlenir. Tehlikeli gerilimlerin meydana gelmediği sistemde hatalı bölüm işletmeye devam eder. Uygun bır zamanda hatalı kısım tesbit edilerek arıza giderilir.

Şekil 10: Toprak hatasının izlenmesi

İzleme, gerilim transformatörünün açık üçgen sargısına yerleştirilen sıfır gerilim bileşen rölesi yardımıyla görüntülü ve sesli ihbar şeklinde olur. Sistemde toprak hatası meydana geldiğinde hatalı fazın faz toprak gerilimi toprak potansiyeline düşer ve sağlam fazlara ait gerilimler yükselir. Açık üçgen sargılardaki gerilimlerin toplamı artık sıfır olmayacağından sıfır gerilim bileşen rölesi çalışarak görüntülü ve sesli ihbar verir.

Bu sistemde hangi fiderde hatanın olduğu belirlenemez. Ancak gerilim transformatörünün yıldız bağlı sargılarına bağlanan voltmetreler yardımıyla hangi fazda toprak hatasının meydana geldiği belirlenebilir. Yıldız sekondere bağlı voltmelerde gerilim değerini az gösteren fazda toprak arızası olduğu faz-toprak gerilimini faz arası gerilim değerinde gösteren voltmetrelere ait fazların sağlam olduğu anlaşılır.

Çıkış fiderlerinin fazla olduğu yüksek kapasite değerine haiz büyük sistemlerde arızanın kısa sürede hangi fiderde olduğunun tesbiti ve gerekiyorsa ait olduğu kesiciyi açtırarak devreden ayrılması gerekebilir. Özellikle ana dağıtım transformatörünün sekonder sargısı üçgen olan ve suni topraklama transformatörü üzerinden topraklanan yüksek işletme kapasitesine ait geniş şebekelerde çok gereklidir.

Hatalı çıkışın tesbiti Wattmetrik röleler vasıtasıyla yapılır. Nötrü izole sistemlerde kapasitif akımlar devrelerini sağlam çıkışların devrelerinden tamamladığı için wattmetrik rölelerin yönlü olması gerekir. Bunun için Şekil 11'de gösterilen bağlantı kullanılır.

Şekil 11: Nötrü izole sistemlerde Yönlü Watmetrik rölelerin kullanılışı

Şekil  11' de gösterilen rakamlar,

göstermektedir.

Fiderde meydana gelen hata sonucunda yüksek salınımların meydana gelmesi söz konusu ise ihbarla birlikte hatalı çıkışın kesicisi wattmetrik rölenin kumandası vasıtasıyla açtırılır. Bunun için her çıkış yönlü wattmetrik röle ile donatılmalıdır. Wattmetrik rölenin akım bağlantısı Şekil 11 ve 12'de görüldüğü şekilde bara tipi akım transformatörleri vasıtasıyla yapılacağı gibi kablo üzerine yerleştirilen toroidal akım transformatörü üzerinden de yapılır. Gerekli akım hassasiyetini elde etmek için toroidal akım transformatörü üzerinden yapılması tercih edilir.

Eğer besleme çıkışlarında toprak hatası meydana geldiğinde sistemde meydana gelebilecek salınımlar daha önceden tayin edilen sistem izolasyon seviyesinden düşük değerde ise izleme suretıyle hatalı çıkış tesbit edilir ve hatalı bölümün işletilmesine izin verilir ve uygun bir zamanda hata giderilir.

Bu gibi sistemlerde ekonomik sebeplerle her çıkışa bir adet yönlü wattmetrik röle yerleştirmeye gerek yoktur. Bütün bir sistem için bir adet yönlü wattmetrik röle kullanılır ve bunun için Şekil 12'de görülen uygulama yapılır.

Şekil 12: Bir adet Yönlü watmetrik röle yardımıyla Birden fazla fiderde hata izlenmesi

Şekil 12'de gösterilen tertipte yönlü Wattmetrik rölenin akım devresi bara veya içinden kablo geçirilen toroidal akım transformatörü üzerinden, gerilim bağlantısı ise gerilim transformatörünün açık üçgen sargısı üzerinden yapılmaktadır. Bu sistemde de akım bağlantısı için toroidal akım transformatörleri tercih edilmelidir. Açık üçgen sargı üzerine toprak hatası ön ihbarını yapacak toprak hatası genel ihbarını çalıştırmak için sıfır gerilim bileşen rölesi konulmuştur.

Akım transformatörleri seçici anahtar üzerinden genel bir bağlantı ile yönlü wattmetrik röleninin akım devresi uçlarına bağlanır. Anahtarların başlangıç konumu akım transformatörlerinin sekonder sargı uçlarını kısa devre edecek konumdadır.

Genel arıza ihbarı alındığında akım transformatörü için konulan anahtarlar sırasıyla 2 pozisyonuna alınır. Hatalı fider ışıklı ikazı hangi fidere ait anahtar 2 pozisyonuna alındığında ihbar verirse söz konusu fiderde faz-toprak hatası meydana gelmiştir.