Özel Dosya |
Aşırı Akım Röle Koordinasyonu
(IEC-SI Standartına Göre)

Sistemde oluşabilecek bir arıza durumunda sistemdeki akım değerleri nominal değerlerinin çok üzerindeki seviyelere ulaşabilmektedir. Bu değerlerin çok yükselmesi sistemi ve tüketiciyi direkt olarak etkilemektedir. Sistemde çeşitli nedenlerle oluşan arızaların şebekeyi ve elektriksel donanımları etkilemesini önlemek için çeşitli koruma elemanları kullanılmaktadır. Bu elemanlardan biri de kesicilerdir. Kesicilerle birlikte öncelikli olarak akla gelen konulardan biri de kesiciye açma ve kapama sinyalini gönderen aşırı akım röleleridir. Aşırı akım röleleri yapı olarak kolay gözükse de kullanımında en büyük sıkıntı koordinasyonu yapılırken yani birbirlerine göre koordine edilmesi sırasında yaşanmaktadır. IEC-SI Standartına göre basit olarak koordinasyonun nasıl yapılacağını yazımızın devamında bulabilirsiniz.

A- A+

08.02.2013 tarihli yazı 54430 kez okunmuştur.

Kaynaktan en uzaktaki tüketiciye ardarda bara sistemlerinden oluşan sistemde (Şekil 1), bir arızayı gören rölelerin kaynaktan uzak olanın daha önce, yakın olanın ise daha sonra çalışmasına "seçici çalışma" denmektedir. Bu şekilde çalışmayı sağlayan ayar sistemine ‘"röle koordinasyonu" denir.

Sistemin bu kadar karmaşık çözüm gerektirmesi, kaynağa en yakın rölenin gecikme süresinin max. 2,5 saniyeyle sınırlandırılmış olmasıdır. Baralardan geçen akımlara dikkat etmediğimiz takdirde yani sadece zaman bazlı olarak röleleri koordine edilmeye çalışıldığı takdirde kaynağa en yakın rölenin açması için geçen süre çok yüksek olacağından sistemin tam olarak korunması mümkün olmayacaktır.

5 baralı bir sistemde 4 rölenin nasıl koordine edildiğini incelemeye başlıyoruz. Sistemi yoğunluklu olarak kullanılan ters aşırı akım röleleriyle koordine edeceğiz.

Şekil 1: Koordinasyonun Yapılacağı 5 Baralı Sistem

Şimdi ki koordinasyonu şeklini yukardaki sisteme göre yapacağız. Röleler, devre kesicileri ile birlikte R1, R2, R3, R4 olarak etiketledik.

Faz Rölesi Ayarı ve Koordinasyon Verileri Tablo 1: Baraların yüklenme ve hata akımları (Bu değerler önceden hesaplanmıştır)
Bara	Max. Yüklenme Akımı	Min. Hata Akımı	Max. Hata Akımı
A Barası	50	500	500
B Barası	50	650	1200
C Barası	100	1100	2000
D Barası	50	1600	3500

Tablo 1’ de verilen veriler doğrultusunda bu rölelerin ayarları, baralardan geçen yük akım ayarlarına göre yapılmalıdır. Aslında, kondansitif akım ayarlarına karar vermek için max yüklenme koşulları dikkate alınmalıdır.

Genelde açma akımı için max. yük akımının 1,25 katına ayarlama kuralı kullanılmaktadır. Başka bir kural ise minimum arıza akımını, açma akımının 2/3’üne sınırlamaktır.

R2 rölesinin açma akımını bulmak için sadece CB arasındaki hata akımına göre karar vermek yeterli değildir. Çünkü R2 rölesi geri bildirim durumunda BA bölümündeki R1 rölesi veya CB ile ilgili devrelere etki edemez. Bu nedenle R2 rölesiyle korunacak minimum hata akımı 250 A’dir. Şimdide R1’e eşit olacak bir R2 açma akımı seçelim. Ancak, R1 ve R2 için aynı TMS kullanılırsa sıkıntılara neden olur. Eğer F1 arızası için R1 arızayı durdurabilirse sıkıntı olmaz ancak ilk R2 açarsa, B düğümünde istenmeyen bir yüklenme olur ve bu B barasında kayıp olur. Bu R2 rölesi için başka bir ayar şartını gerektirir. BA bölümündeki arızaların çözümü için R1 rölesi tercih edilmelidir.

Bu bahsettiğimi R1 rölesini tercih etme durumu 2 şekilde elde edilebilir:

1. R1 rölesi R2 rölesine sinyal gönderir.
2. R2 rölesi konservatif olarak, R1’ in harekete geçmesini bekler.

Eğer röleler arasında iletişim yoksa 2. si daha iyi bir seçenektir.

Faz Arızası Durumunda IEC-SI (Standart Inverse) Karakteristiğine Göre Koordinasyon

Bu örnekte R1-R4 rölelerini IEC-SI karakteristiğini kullanarak, koordine edeceğiz. Karakteristik IEC-SI standardına göre karakteristik denklemi ve işlemler sonucu oluşması beklenen karakteristik grafiği Şekil 2'de verilmiştir.

$Açıklama: G:\Aşırı Akım\Proje III\Normal Inverse.jpg$

Şekil 2: IEC-SI Karakteristiği Denklemi ve Grafiği

Tablo 2: Aşırı Akım Koruma için PSM ve TMS Değerleri

$Açıklama: F:\Aşırı Akım\Proje III\Faz Hatası Röle Koordinasyonu.jpg$

(1)   R2 Rölesi için kullanılan TMS değeri için
(2)   R3 Rölesi için kullanılan TMS değeri için
(3)   R4 Rölesi için kullanılan TMS değeri için

IEC- SI Karakteristiği ana denklemi aşağıdaki gibidir,

1. Adım [Röle 1 (R1)]

Önce R1 rölesini kuracağız bunun için TMS=0,025 olarak seçeceğiz. Kasıtlı olarak zaman gecikmesi sağlayamayız. Çünkü R1’i destekleyici bir röle yoktur.

Önceden seçilen R1 rölesinin açma akımını 160 A olarak aldık. Açma akımı seçilirken min. açma akımıyla, max. açma akımı arasında bir değer seçilmelidir. Genelde bu değer max. açma akımına yakın bir değer seçilir.)

AB baraları arasındaki max. akımı 500 A'dir.

PSM = Arıza Akımı / Açma Akımı = 500/160; PSM=3,125

TMS = 0,025 alınır.

2. Adım [Röle 2 (R2)]:

Açma akımı 167 A olduğunu Tablo 2'den gördük. [250X(2/3) = 167 A]

R2 rölesinin PSM ayar değeri R1 e yakın arıza için R1 ve R2 rölelerinin koordinasyonunu yapılacak bu yolla büyük PSM değeri bulunacaktır.

Diğer alternatif ise uzak besleyici için minimum arıza akımına göre koordine etmek olacaktır. (Ifmin). Ancak koordinasyon için Ifmax seçilir. Çünkü TCC’ ye göre hareket edilir TMS1 ve TMS2 (TMS2>TMS1) olduğundan daha büyük bir PSM değeri çıkacaktır. Ancak bundan ayrı olarak PSM azaltılmalıdır. Eğer büyük PSM değerinde röleleri koordine edersek, daha düşük değerlerde otomatik olarak yorumlanabilir.

PSM = Arıza Akımı / Aktif Açma Akımı = 500/167 = 2,99

R2 rölesinin beklenen çalışma süresi = 0,15+0,3=0,45 saniye

Şimdi BC baraları arasında max. arıza akımına göre (1200A)

PSM = 1200/167 = 7,185

Benzer şekilde tüm rölelerin koordinasyonunu yapabiliriz.

3. Adım [Röle 3 (R3)]:

PSM= 1200/400 = 3

t=0,24+0,3= 0,54 saniye

Şimdi CD baraları arasında max. arıza akımına göre (2000 A)

PSM = Max. Arıza Akımı / Aktif Açma Akımı = 2000/400 = 5 ve
TMS = 0,86'dır.

4. Adım [Röle 4 (R4)]:

PSM = 2000/700 = 2,85714

t = 0,34 + 0,3 = 0,64

DE baraları arasındaki max arıza akımına göre (3500 A)

PSM = Max. Arıza Akımı / Aktif Açma Akımı = 3500/700 = 5 ve
TMS = 0,097 dır.

Faz Hatasına Göre Yapılan Koordinasyonunun Grafiksel İncelenmesi

Bu bölümde yukarıda hesapladığımız değerleri grafik üzerinde inceleyeceğiz.

1. Adım

Şekil 3'de ki F1 Arıza durumuna göre R1 rölesine ait karakteristik eğrisi oluşturulacaktır.

$Açıklama: F:\Aşırı Akım\Proje III\Step11.jpg$
Şekil 3: F1 Arıza Durumunda R1 Röle Ayarı

► R1 rölesi kapalı durumda

► Açma Akımı 167 A’e ayarlanmış durumda
► TMS değeri 0,025’ e ayarlandı
► F1 için R1 in zaman gecikmesi ‘’a’’

Yukarıda belirtilen işlem basamakları izlenerek R1 rölesi için karakteristik eğrisinin oluşturduğumuz takdirde Grafik 1’i elde etmiş olduk.

$Açıklama: F:\Aşırı Akım\Proje III\Step1.jpg$

Grafik 1: Faz Arızası İçin Röle Koordinasyonu (R1 Rölesi Karakteristik Eğrisi)

2. Adım

$Açıklama: F:\Aşırı Akım\Proje III\Step22.jpg$

Şekil 4: F1 Arıza Durumunda R1 ve R2 Röle Ayarı

► R2 rölesi kurulan 2. röledir.
► Rölenin geri bildirim akımı 167 A
► Sonraki Açma Süresi Aralığı 0,3 saniye (0,15+0,3=0,45 saniye)
► TMS değeri 0,07 alındı.
► F1 için R2 zaman gecikmesi ‘’b’’ dir.

Yukarıdaki işlem basamakları tamamlandıktan sonra R2 rölesinin karakteristik eğrisi R1 rölesine göre Grafik 2’de gösterildiği gibi olur.

$Açıklama: F:\Aşırı Akım\Proje III\Step2..jpg$
Grafik 2: F1 Arızası İçin Röle Koordinasyonu (R2 Rölesi Karakteristik Eğrisi)

3. Adım

Şekil 5’de ki F2 arıza durumuna göre koordinesi sonucu R3 rölesine ait karakteristik eğrisi oluşturulacaktır.

$Açıklama: F:\Aşırı Akım\Proje III\Step33.jpg$

Şekil 5: F2 Arıza Durumunda R3 Röle Ayarı

► R3 rölesi kurulur
► F2 için R2’nin zaman gecikmesi ‘’c’’ noktasıdır. F2 arızası için R3 rölesi açmalıdır.
► 400 A açma akımı olarak kurulur.
► TMS 0,086 alınır.

Yukarıdaki işlem basamakları tamamlandıktan sonra R3 rölesine ait karakteristik grafiği Grafik 3’de gösterildiği gibi olur.

Grafik 3: F2 Arızası Durumunda Röle Koordinasyonu (R3 Rölesi Karakteristik Eğrisi)

4. Adım

Şekil 6'da ki F4 Arıza durumuna göre R4 rölesine ait karakteristik eğrisi oluşturulacaktır.

$Açıklama: F:\Aşırı Akım\Proje III\Step44.jpg$

Şekil 6: F4 Arıza Durumunda R4 Röle Ayarı

Bunun için şu işlem basamakları sırasıyla gerçekleştirilir.

► R4 rölesi kurulur.
► F3 arızası için R3 çalışma noktası ‘’e’’
► F3 arızasında R4 rölesi açmalıdır.
► Açma akımı 700 A
► TMS 0,097 alınır.

Bu işlem basamakları gerçekleştirildikten sonra R4 rölesine ait grafik, Grafik 4’te ki gibi olur.

$Açıklama: F:\Aşırı Akım\Proje III\Step4.jpg$

Grafik 4: F3 Arızası Durumunda Röle Koordinasyonu (R4 Rölesi Karakteristik Eğrisi

Bu dört adımın tamamlanmasıyla IEC-SI sistemine göre röle koordinasyonu tamamlanmış olur. Şekiller ve grafiklerden de anlaşılacağı gibi adım ve atlama yapmadan gidilerek koordinasyon rahatlıkla sağlanmış olur.

Ayrıca röle koordinasyonunda akım transformatörleri dikkatle incelenerek sistem koordine edilmelidir.

Kaynak:

Bombay Üniversitesi Güç Sistemlerinin Korunması Ders Notları, Hindistan