Kategori: Güç Sistemleri ve Yüksek Gerilim Tekniği(Page 2 of 2)
Elektrik mühendisliği perspektifiyle güç sistemleri analizi ve yüksek gerilim tekniği. Enerji iletimi, şebeke analizi ve izolasyon koordinasyonu konularında uzmanlaşın. Güç sistemlerinin planlanmasından yüksek gerilim laboratuvar tekniklerine kadar her şey. Elektrik mühendisliği standartlarında enerji üretimi ve iletim hatları rehberi. Elektrik mühendisliği uzmanlık alanları: Güç sistemleri kararlılığı ve yüksek gerilim test teknikleri. Modern şebekelerin çalışma prensiplerini ve teknik detaylarını keşfedin.
Kısa devre nedir? Kısa devre neden olur ve nasıl önlenir? Elektrik devrelerinde faz ile nötr veya faz ile toprak arasındaki istenmeyen temas sonucu oluşan kısa devre, ani yüksek akım geçişine yol açar. Bu yazıda kısa devre sebepleri, belirtileri, tehlikeleri, koruma yöntemleri ve önleme teknikleri hakkında detaylı bilgi bulacaksınız. Kısa devre nedir ve neden tehlikelidir? Elektrik tesisatlarında faz-nötr veya faz-toprak temasından kaynaklanan kısa devre, aşırı akım ve yangın riski yaratır. Kısa devre sebepleri, etkileri ve koruma yöntemleri bu içerikte açıklanıyor. Kısa devre (short circuit), elektrik devrelerinde direncin çok düşük olduğu bir yol oluşmasıyla ani yüksek akım geçişidir. Kısa devre türleri (simetrik, asimetrik), hesaplamaları, koruma cihazları (sigorta, devre kesici) ve önleme yöntemleri hakkında teknik detaylar bu yazıda yer alıyor. Kısa devre hakkında merak ettiğiniz her şey burada.
Kısa devre nedir sorusuna cevap vermek için önce elektriğin üretim, iletim ve dağıtım sistemlerini bilmek gerekir. Elektriği güç santrallerinde üretiyor, transformatörlerle gerilimi artırıp enerji iletim hatlarıyla taşıyor, yine transformatörlerle gerilimi düşürüp tüketicilere (yüklere) dağıtıyoruz. Bu hat üzerinde bir arıza olduğunda enerji kesintisi riski bulunmaktadır. Bu arıza türlerinden biri kısa devre akımı arızasıdır.
Kısa devre, bir devrede genellikle farklı gerilimli iki veya daha fazla noktanın bağıl olarak düşük direnç veya empedans üzerinden kaza veya kasıt ile birbirine temasına denir (IEC) / (IEEE Std.100-1992). Herhangi bir kısa devre anında oluşan akıma kısa devre akımı denir ve kısa devre akımının genliğini, kaynaktan yüke kadar olan empedansların toplamı belirler. Bu durumda sistemde, kaynak ile kısa devre noktası arasında empedans çok düşer ve akım alabileceği en yüksek değerini alır.
Diğer bir tabirle, gerilim altındaki iletken kısımların birbirine veya nötrü topraklanmış olan devrelerde toprağa teması ile kısa devre oluşur. Kısa devre genellikle bir fazda ve kısa zamanda diğer fazlara sıçrayarak üç fazlı kısa devreye dönüşebilir. Gerilim atlamaları genellikle ark aracılığı ile meydana gelir. Üç fazlı kısa devre arızası, diğer arıza tiplerine göre daha az meydana gelir. Kısa devre arızası esnasında akım yolu üzerindeki tesis elemanları, kısa devrenin termik ve dinamik etkilerine maruz kalırlar. Eğer doğru bir selektivite hesabıyla ve anahtarlama ekipmanlarının seçimiyle yeterli koruma sağlanmamışsa can ve mal kayıpları meydana gelebilir.
Kısa Devre Nedir, Kısa Devre Arızası Neden Oluşur?
Kısa devre nedir sorusuna cevap vermek için kısa devrenin kaynağını incelemek gerekir. Bunlar iç veya dış etkenler olabilir. Kısa devreye neden olabilecek başlıca iç etkenler aşağıdaki gibidir.
Aşırı yüklenme sonucu izolasyonun bozulması
Aşırı gerilimler sonucu meydana gelen delinmeler ve atlamalar
İzolasyondaki yapım hataları ve yaşlanmalar
Başlıca dış etkenler aşağıdaki gibi sıralanabilir.
Kablo ve izoleli hava hattı iletkenlerinin izolasyonlarının zedelenmesi
Havai enerji iletim hatları ile atmosfere açık elektrik tesislerine yıldırım düşmesi
Havai iletim hattı izolatörlerinin kırılması
Atmosferik şartlardan (kirlenme, rutubet, hava hatlarına konan kuşlar vb.) dolayı oluşabilecek gerilim atlamaları
Havai iletim hatlarında kar, buz ile oluşabilecek atlamalar
Transformatör merkezlerine giren çeşitli hayvanların, topraklanmış kısımlar ile gerilim altındaki kısımlar arasında veya fazlar arasındaki teması
Bakım veya operasyon esnasında güvenlik amacı ile kapatılan topraklama ayırıcılarının tesisatta tekrar gerilim verilirken unutulmaları ve yanlış manevralar
Kısa Devre Arızasının Olumsuz Etkileri Nelerdir, Nasıl Koruma Sağlanır?
Kısa devre arızasının oluşturabileceği başlıca olumsuz etkiler aşağıdaki gibidir.
Sistem elemanlarında mekanik ve ısıl zorlamalar
Uzun süreli enerji kesintileri
Can ve mal kaybı
Trafo ve elektrik odalarında meydana gelebilecek patlamalar
İnsanların yoğun olarak bulunduğu mekanlarda patlamalar ve yangınlar
Kısa devre arızasından korunmak için çeşitli anahtarlama elemanları kullanılır. Bunların başında kesiciler gelir. Hem alçak gerilim hem de orta ve yüksek gerilimde kısa devreden koruyan anahtarlama elemanı kesicilerdir. ETAP, PSCAD gibi yazılımlarla hesaplanan en yüksek kısa devre akım değerine göre kesicinin koruma yapacağı kA akım değeri belirlenir. Selektivite hesabı yapılır. Böylece hangi noktalara hangi değerde kesicilerin konulacağı, ne zaman açma yapacağı doğru bir şekilde belirlenmesi gerekir. Alçak gerilimde kesiciler genelde 150-200 kA değere kadar hızlı bir şekilde (milisaniyeler içerisinde) açma yapabilir. Orta gerilimdeki kesiciler ise özel uygulamalar haricinde genelde 40 kA değerine kadar koruma yapabilmektedir.
Bunun dışında güç şebekelerindeki motor, generatör, transformatör gibi ekipmanların yıldız noktalarını bir şönt direnç bağlayarak kısa devre akımları sınırlandırılır. Aynı şekilde enerji iletim hatlarına şönt reaktörler bağlanarak yine kısa devre akımlarının değerleri sınırlandırılabilmektedir.
Kısa devre, bir elektrik devresindeki iki nokta arasında dirençsiz veya çok düşük dirençli bir yol oluşmasıyla meydana gelir. Bu durum, kısa devre akımı olarak adlandırılan, normalden çok daha yüksek bir akımın oluşmasına neden olur ve devre elemanlarının zarar görmesine yol açabilir. Elektrik ve elektronik sistemlerde kısa devreyi önlemek veya oluştuğunda tespit etmek için çeşitli yöntemler ve ekipmanlar kullanılır.
Kısa devre testi, devrede kısa devre olup olmadığını anlamak için multimetre ile yapılan yaygın bir yöntemdir. Özellikle kabloda kısa devre bulma veya elektronik devrede kısa devre bulma gibi uygulamalarda bu test oldukça önemlidir. Ayrıca, trafo kısa devre testi ve transformatör kısa devre testi, güç sistemlerindeki ekipmanların güvenli çalışmasını sağlamak için kritik testlerdir.
Faz toprak kısa devre, nötr toprak arası kısa devre ve toprak ve nötr kısa devre gibi arızalar, elektrik sistemlerinde yaygın görülen kısa devre türlerindendir. Bu durumlarda, doğru kısa devre hesapları yapılmalı ve diyot ile kısa devre koruması veya mosfet kısa devre koruma gibi yöntemler kullanılmalıdır. Elektronik devrelerde kısa devre koruması için genellikle diyot, mosfet ve kondansatör kısa devre önleme devreleri kullanılır. Ayrıca, şaseye kısa devre veya rezistans kısa devre gibi durumları tespit etmek için multimetre kısa devre testi yapılabilir. Grup kısa devre gibi daha karmaşık durumlar ise daha ileri düzey analiz gerektirir. Kısa devre örnekleri incelenerek, arızaların nasıl önlenebileceği ve giderileceği öğrenilebilir. Örneğin, nötr ile toprak kısa devre arızası genellikle yanlış bağlantılardan kaynaklanır ve dikkatlice kontrol edilmelidir. Böylece, sistemlerin güvenli ve uzun ömürlü çalışması sağlanabilir.
OG koruma rölesi veya orta gerilim röle elektrik anahtarlama sistemlerinin beynidir. Elektrik enerjisi üretim santrallerinde alçak veya orta gerilimde üretilir, bir güç trafosu ile gerilim yükseltilerek yüksek gerilim ile iletilir. İndirici merkezlerde enerji, orta gerilime düşürülür. Daha sonra da bir dağıtım trafosu ile gerilim, 400 V alçak gerilim seviyesine indirilerek dağıtılır. Böyle bir sistemin doğru bir şekilde elektriksel koruması yapılmazsa oluşabilecek bir arıza, ilk başta üretilen santralden en sondaki kullanıcıya kadar zarar verebilir.
Schneider OG Koruma Röle Serisi; Easergy Schneider Koruma Rölesi
Elektrik sistemlerinde korumalar, üretimden tüketime elektrik enerjisinin kesintisiz olarak var olması için yapılır. Devredeki koruma sisteminin başlıca görevi elektrik tesisinde çıkan arızaları çabuk ve güvenilir biçimde tespit etmek ve gerektiğinde işletme elemanını (hat, transformatör veya jeneratör) hızlı bir şekilde devre dışı bırakmaktır. Bu işlemi yapan cihazlara dijital koruma röleleri denir. Şebekede bir arıza olduğunda arıza akımını veya gerilimini akım ve gerilim trafoları vasıtasıyla mikroişlemci tabanlı koruma röleleri algılar, devredeki anlık bilgiyi okur ve açma yapıp yapmayacağını ayarlanmış set değerlerine göre karar verir. Koruma röleleri arızayı tespit eder ve kesiciye açma-kapama yapması için gerekli sinyali gönderir. Ölçü transformatörlerinden gelen değerleri kendi içinde tekrar ölçü trafolarının oranı kadar yükselterek akımın ve gerilimin gerçek değerini hesaplar. Arıza akımı veya geriliminde kesiciye açma-kapama sinyali göndererek sistemi korur. Koruma işlemi hangi akım ve gerilim değerlerinde isteniyorsa, röle ayarları bu değerlere göre set edilir. Örneğin bu röle orta gerilim aşırı akım rölesi, frekans koruma rölesi veya aşırı gerilim, düşük gerilim koruma rölesi olabilir. Korumanın yapılacağı fonksiyona göre seçilmelidir. Bu yüzden orta gerilim koruma rölesi seçimi orta gerilim sistemlerinde çok önemlidir.
Koruma işlemi yapılırken rölelerin, seçiciliği doğru yapması (selektivite), hızlı çalışması ve güvenilir olması beklenir. Böylece enerjinin mümkün olabildiğince sürekli olması sağlanır. Selektif (seçici) korumada sadece arızalı noktanın devre dışı bırakılması değil, aynı zamanda diğer noktalarda enerji temininin devamının sağlanması amaçlanır. Bunun için orta gerilim koruma rölelerinin set değerleri uzman teknik ekipler tarafından doğru bir şekilde seçilmelidir.
OG koruma röleleri, og (orta gerilim) hücrelerin beyni gibidir.
Orta Gerilim OG Koruma Rölesi Nasıl Seçilir? Orta Gerilim Aşırı Akım Koruma Rölesi Nasıl Seçilir?
ANSI standartları elektrik koruma fonksiyonlarını ve tanımlarını belirler. ANSI kodlarına göre istenilen koruma fonksiyonunu yerine getiren röleler devreye entegre edilir. Genelde orta gerilim dağıtım şebekelerinde trafo koruma hücrelerinde aşırı akım ve toprak akımı koruması yapan röleler kullanılırken, daha fonksiyonel hat giriş ve otoprodüktör hücrelerinde akım, gerilim, toprak arızaları, frekans ve yönlü korumalar gibi özellikleri bulunan daha fonksiyonel dijital röleler kullanılmaktadır. Koruma röleleri, koruma fonksiyonuna bağlı olarak; trafo, hat, motor, kapasitör bankı, bara diferansiyel, hat diferansiyel, jeneratör, mesafe koruma vb. gibi sınıflara ayrılmaktadır. Orta gerilim dağıtım şebekeleri uygulamalarında ANSI kodlarına göre şebekede hangi tip korumalar yapılmak isteniyorsa, koruma rölesi buna göre seçilir. Koruma rölelerinin teknik föylerinde hangi tip ANSI koruma fonksiyonlarının bulunduğu belirtilir. Bu bilgilere göre uygun koruma rölesi seçildikten sonra şebekede doğru bir şekilde selektif koruma yapılabilmesi için doğru set değerleri belirlenir ve rölenin ayarları set edilir. Orta gerilim dağıtım şebekelerinde genel olarak en çok kullanılan ANSI koruma kodları ve açıklamaları aşağıdaki tabloda verilmiştir.
Siemens OG Koruma Röle Serisi; Siprotec Siemens Koruma Rölesi
Tablo: Bazı ANSI kodları ve koruma tipi fonksiyonu açıklamaları.
ANSI Kodu
Koruma Fonksiyonu Tanımı
27
Düşük Gerilim Koruma
32
Yönlü Güç Koruma
46
Dengesiz Yük, Negatif Bileşen Akımı
47
Negatif Bileşen Gerilimi
49
Termal Aşırı Akım Koruma
50
Ani Aşırı Akım Koruma
50N
Ani Toprak Akımı Koruma
51
Zamanlı Aşırı Akım Koruma
51N
Zamanlı Toprak Akımı Koruma
59
Aşırı Gerilim Koruma
67
Yönlü Aşırı Akım Koruma
67N
Yönlü Toprak Akımı Koruma
81U
Düşük Frekans Koruma
81O
Aşırı Frekans Koruma
87G
Jeneratör Diferansiyel Koruma
87L
Hat Diferansiyel Koruma
87T
Trafo Diferansiyel Koruma
Elektrik sistemlerinde devrelerin korunması açısından aşırı akım rölesi kullanımı büyük önem taşır. Aşırı akım, sistem bileşenlerine zarar verebilecek düzeydeki akım artışlarını ifade eder ve bu durumun önüne geçmek için çeşitli aşırı akım röleleri tercih edilir. Piyasada bulunan motor aşırı akım koruma rölesi ve yüksek akım koruma rölesi gibi ürünler, özellikle sanayi tipi uygulamalarda sıkça kullanılmaktadır. Aşırı akım koruma rölesi fiyatları, marka, teknik özellikler ve algılama hassasiyetine göre farklılık gösterebilir. Siemens aşırı akım koruma rölesi gibi global markalar, yüksek güvenlik standartları ve dayanıklılığı ile öne çıkarken, asiri akim rolesi seçenekleri arasında daha ekonomik çözümler de bulunmaktadır. Kullanım alanına bağlı olarak aşırı akım rölesi çeşitleri incelenmeli ve uygun kapasitede bir ürün seçilmelidir. Özellikle Siemens aşırı akım rölesi gibi ürünler, hem düşük hem de yüksek akımlı uygulamalar için geniş bir model yelpazesi sunar. Sonuç olarak, doğru seçilmiş bir aşırı akım koruma sistemi, elektrik tesisatının güvenliğini ve uzun ömürlü çalışmasını sağlamada kritik rol oynar.
Orta gerilim tesislerinde doğru röle seçimi, sistemin güvenliğini ve verimliliğini sağlamak açısından kritik öneme sahiptir. Bu bağlamda ABB REF615 röle serisi, özellikle koruma ve kontrol ihtiyaçlarını karşılamak için sıkça tercih edilmektedir. REF615 ABB ürünleri, mesafe koruma rölesi özellikleriyle geniş bir kullanım alanına sahiptir. Ayrıca, ABB REF615 röle fiyat seçenekleri, bütçe dostu çözümler sunarken yüksek performans vaat etmektedir. Orta gerilimde koruma ve izleme için ABB’nin REF 615 modeli ile Siemens’in Siprotec serisi sıklıkla karşılaştırılmaktadır. Schneider Easergy röle serisi, enerji izleme ve koruma çözümleri sunarak tesis güvenliğini artırmaya yönelik yenilikçi bir alternatiftir. Her üç marka da güvenilir çözümler sunarak sistem güvenliğini artırmayı hedeflemektedir. Röle seçiminizi yaparken sistem gereksinimlerini ve bütçe kriterlerinizi göz önünde bulundurmayı unutmayın.
Orta gerilim röleleri ile ilgili projenize en uygun ürün veya proje çözümü için hemen fiyat teklifi alın!
OG hücre veya orta gerilim modüler hücre (sektörde genellikle OG modüler hücre olarak bilinir), 36 kV’a kadar gerilim seviyesindeki dağıtım şebekelerinde kullanılan anahtarlama, koruma ve ölçme fonksiyonlarına sahip orta gerilim şalt ekipmanlarıdır. Trafo merkezleri, endüstriyel tesis dağıtım merkezleri, indirici veya yükseltici trafo merkezleri gibi iç veya dış mekanlarda güvenle devreye alınır.
Bu modüler hücreler; koruma röleleri, akım ve gerilim transformatörleri, OG kesicileri, ayırıcıları, kablo girişleri ve baraları gibi birçok kritik ekipmanı kompakt bir yapıda barındırır. İnsanların güvenli şekilde erişebileceği, bakım gerektirmeyen ve kolay işletilen tasarımlarıyla öne çıkar.
Hava Yalıtımlı ve Gaz Yalıtımlı OG Hücre (OG Modüler Hücre) Çeşitleri
OG modüler hücreler temel olarak hava yalıtımlı ve gaz yalıtımlı olmak üzere ikiye ayrılır:
Gaz yalıtımlı OG hücreler: Aktif kısımlar SF6 gazı ile yalıtılır. Kompakt yapıları sayesinde RMU (Ring Main Unit) olarak da adlandırılırlar. Daha küçük boyutlu ve yüksek yalıtım performanslıdırlar.
Hava yalıtımlı OG hücreler: Baralar hava ile yalıtılırken, ayırıcı ve kesiciler genellikle SF6 gazlı tank içinde bulunur. Enerji kesme işlemi gaz ortamında gerçekleşir, baralar ise hava yalıtımlıdır.
Her iki tipte de hücre içinde kullanım amacına göre şu ekipmanlar yer alabilir: baralar, ayırıcı, yük ayırıcısı, topraklama ayırıcısı, kesici, koruma rölesi, kablo buşingleri, gerilim göstergeleri, parafudrlar, OG sigortalar, akım/gerilim transformatörleri, aydınlatma ve alçak gerilim bölmesi.
Hücreler ayrıca:
Servis sürekliliği (LSC) kriterlerine göre sınıflandırılır.
Hücre boyutu, nominal gerilimle doğrudan ilişkilidir. Baralar arasındaki dielektrik atlama mesafesi nedeniyle gerilim yükseldikçe boyut büyür. Hava için yaklaşık 1 kV/cm kuralı geçerlidir:
36 kV hava yalıtımlı hücrelerde bara arası minimum 35-36 cm,
24 kV hava yalıtımlı hücrelerde ise 24-25 cm olmalıdır.
Gaz yalıtımlı hücreler (SF6) daha yüksek dielektrik dayanım sağladığı için aynı gerilimde daha kompakt boyutlarda üretilir. Alan tasarrufu gereken projelerde gaz yalıtımlı hücreler tercih edilir.
OG kesicili trafo koruma hücresi, OG kompanzasyon panosu ve OG ölçü hücresi gibi birimler enerji yönetiminde kritik rol oynar. OG modüler hücre ve OG modüler ölçüm hücresi modern dağıtım projelerinin standardı haline gelmiştir. OG hücre fiyatları üreticiye, teknik özelliklere (gerilim, akım, kesme kapasitesi, LSC sınıfı vb.) ve proje detaylarına göre değişir. Seçim yaparken sistem ihtiyacına uygun OG kesici özellikleri, personel/ekipman güvenliği, bakım kolaylığı ve uzun ömür ön planda tutulmalıdır.
Sonuç olarak, OG hücreler (orta gerilim modüler hücreler) enerji dağıtımının güvenli, verimli ve kompakt şekilde gerçekleştirilmesinde vazgeçilmez bir unsurdur. Doğru tip ve marka seçimi, hem operasyonel sürekliliği hem de tesis güvenliğini doğrudan etkiler.
OG Akım Trafosu (Orta Gerilim Akım Trafosu) Nedir?
Orta gerilim akım trafosu (kısaca OG akım trafosu), dağıtım sistemlerinde yüksek akımların güvenli ve hassas şekilde ölçülmesini sağlayan kritik bir ölçü transformatörüdür.
Yüksek gerilim ve yüksek akımlı devrelerde akımı doğrudan ölçmek hem çok tehlikeli hem de maliyetlidir. Bu nedenle akım, ölçü cihazlarının güvenli çalışabileceği düşük değerlere (genellikle 1A veya 5A) indirgenmelidir. İşte bu noktada orta gerilim akım trafosu devreye girer.
OG akım trafosu, primer tarafına bağlı olduğu devredeki yüksek akımı, sekonder tarafına bağlı ölçü aletleri, koruma röleleri ve sayaçlar için uygun seviyeye (1A veya 5A) düşürür. Aynı zamanda primer ile sekonder arasında yüksek düzeyde elektriksel izolasyon sağlar.
Orta gerilim akım trafosu, özellikle 36 kV’a kadar olan OG sistemlerinde trafo merkezlerinde, OG modüler hücrelerde, dağıtım panolarında ve endüstriyel tesislerde yoğun olarak kullanılır. Hem ölçüm hem de koruma amaçlı olarak devreye entegre edilir.
Bu sayede operatörler ve ölçüm cihazları yüksek gerilim tehlikesinden korunurken, akım değerleri hassas ve güvenilir şekilde izlenebilir.
Akım trafolarının sekonder devresinde meydana gelen döngüsel akım sayesinde, kendisine bağlı olan sayaç, enerji analizörü, koruma rölesi gibi tüm elektrik ölçüm ve koruma cihazları güvenli ve hassas şekilde akım ölçümü yapabilir.
Orta gerilim akım trafosu, primer sargısından geçen yüksek akımı sekonderine düşük değerde (genellikle 1A veya 5A) aktarırken, aynı zamanda bağlı olduğu ölçü ve koruma cihazlarını primer taraftaki yüksek gerilim ve yüksek akım tehlikesinden tamamen izole eder. Bu izolasyon özelliği, hem personel güvenliğini sağlar hem de hassas elektronik cihazların uzun ömürlü çalışmasını garanti eder.
Kısaca OG akım trafosu, hem akımı güvenli seviyeye düşüren hem de yüksek gerilim sistemini ölçüm cihazlarından elektriksel olarak ayıran kritik bir ara elemandır.
OG Akım Trafosu (Orta Gerilim Akım Trafosu) Çalışma Prensibi
Normal bir transformatörde olduğu gibi, orta gerilim akım trafosu da elektromanyetik indüksiyon prensibiyle çalışır.
Primer sargısından alternatif akım geçtiğinde, bu sargıda bir manyetik akı oluşur. Manyetik nüve sayesinde primer sargısındaki manyetik akı, sekonder sargısına iletilir. Değişken manyetik akı, sekonder sargısında bir gerilim indükler ve bu gerilim sekonder devresinde bir akımın akmasına neden olur.
OG akım trafosunda ise durum biraz farklıdır: Primerden akan yüksek akım, trafonun dönüşüm oranına göre manyetik yol ile sekonder sargısına aktarılır.
Primer sargısı: Yüksek akım taşıdığı için kalın iletkenle ve az sarımlı (çoğu zaman tek tur veya birkaç tur) olarak tasarlanır.
Sekonder sargısı: Daha düşük akım değerleri (genellikle 1A veya 5A) ürettiği için ince iletkenle ve çok daha fazla sarımlı yapılır.
Bu yapı sayesinde orta gerilim akım trafosu, primer tarafındaki yüksek akımı sekonder tarafına orantılı ve güvenli bir seviyede dönüştürür. Dönüşüm oranı (örneğin 600/5), primer akım ile sekonder akım arasındaki ilişkiyi belirler.
Kısaca, OG akım trafosu primer akımını manyetik indüksiyon yoluyla sekonderine aktarırken, aynı zamanda yüksek gerilim ve yüksek akımı ölçüm cihazlarından izole ederek güvenli ölçüm yapılmasını sağlar.
Orta Gerilim Mesnet Tipi Akım Trafosu
OG Akım Trafosu (Orta Gerilim Akım Trafosu) Sınıflandırma ve Seçim Kriterleri
Akım trafoları, işletme gerilimine göre alçak gerilim, orta gerilim ve yüksek gerilim akım trafoları olarak sınıflandırılır.
Orta gerilim akım trafosu (OG akım trafosu) seçiminde dikkat edilmesi gereken en önemli hususlar şunlardır:
Hata sınıfı
Doyma faktörü (n)
Trafo gücü (VA)
Termik ve dinamik dayanım akımı
Bir OG akım trafosunun sekonder uçları, hem ölçüm hem de koruma amaçlı olarak aynı trafoda farklı fonksiyonlar için kullanılabilir. Trafonun ölçme mi yoksa koruma mı amaçlı olduğunu etiketindeki kodlardan anlamak mümkündür. Bu kodlar P (Protection) ve Fs (Security Factor) olarak belirtilir.
P kodu → Koruma amaçlı kullanım içindir.
Fs kodu → Ölçü amaçlı kullanım içindir.
Ölçme amaçlı OG akım trafoları, aşırı akım veya kısa devre durumunda manyetik çekirdeğin çabuk doymasını sağlayacak şekilde tasarlanır. Primer sargısındaki akım değeri arttıkça sekonder akım da belirli bir orana kadar artar. Ancak belli bir akım değerinden sonra primer akım artsa dahi sekonder akım artmaz. Bu duruma manyetik doyma denir. Doyma sayesinde ölçü aletleri ve hassas cihazlar yüksek akımdan korunmuş olur.
Doyma katsayısı (n), primer akımın anma akımına oranıdır. Ölçme için kullanılan akım trafolarında manyetik doyma oranı nominal akımın 5 veya 10 katından küçük olmalıdır (n < 5 veya n < 10). Bu trafolar etiketlerinde Fs5 veya Fs10 koduyla belirtilir. Fs değeri, trafonun nominal akımın kaç katına kadar doğruluk limitleri içinde ölçüm yapabileceğini gösterir.
Koruma amaçlı OG akım trafoları ise kısa devre ve aşırı akım durumlarında sekonder akımı doğrulukla aktarmalıdır. Bu nedenle manyetik çekirdek hemen doymamalı ve akımı mümkün olduğunca uzun süre lineer olarak iletmelidir. Aksi takdirde koruma röleleri hatalı çalışabilir ve sistem güvenliği tehlikeye girebilir.
OG Akım Trafosu (Orta Gerilim Akım Trafosu) Sınıfları ve Dayanım Değerleri
Orta gerilim akım trafosunun sınıfı, primerden geçen anma akımın sekonder uçlarında ne kadar hassasiyetle ölçüleceğini belirler.
Ölçüm amaçlı OG akım trafolarında kullanılan doğruluk sınıfları şunlardır: 0.1 – 0.2 – 0.5 – 1 – 3 – 5
Koruma amaçlı OG akım trafolarında ise genellikle şu sınıflar tercih edilir: 5P veya 10P
Akım trafosu seçiminde dikkat edilmesi gereken bir diğer kritik husus termik dayanım akımıdır. “Ith” olarak gösterilen termik dayanım akımı, nominal akımın en az 100 katı olmalıdır.
Dinamik dayanım akımı (kısa süreli tepe akımı) ise termik dayanım akımının 2,5 katı kadar olmalıdır. Bu değerler, akım trafosunun kısa devre koşullarında zarar görmeden dayanabilmesini sağlar.
Önemli Güvenlik Uyarısı: Primer uçlarından akım geçerken sekonder uçları açık devre bırakılırsa, primer tarafında çok yüksek gerilimler indüklenir. Bu durum hem trafoya hem de personele ciddi tehlike yaratır. Bu nedenle, primer devrede gerilim varken sekonder devrede herhangi bir çalışma yapılacaksa OG akım trafosunun sekonder uçları mutlaka kısa devre edilmelidir. Çalışma tamamlandıktan sonra sekonder uçlar tekrar normale getirilmelidir.
OG Akım Trafosu ve Gerilim Trafolarının Hücre İçerisine Yerleşimi
OG Akım Trafosu (Orta Gerilim Akım Trafosu) Çeşitleri
Orta gerilim hücrelerinde (OG modüler hücre) kullanılan akım trafoları üç ana tiptir:
Mesnet Tip Akım Trafosu
Toroidal Tip Akım Trafosu
LPCT (Low Power Current Transformer)
Mesnet Tip Akım Trafosu: Epoksi reçine dökümü ile üretilir ve gerilim yalıtımını sağlar. Modüler tip OG hücre içine kolayca monte edilebilir. Hem ölçüm hem de koruma amaçlı olarak yaygın şekilde kullanılır.
Toroidal Tip Akım Trafosu: Ring (halka) tipi yapıdadır ve 0.72 kV yalıtım seviyesine sahiptir. Sekonder uçlarından standart 5 A veya 1 A değerinde akım alınır. Kompakt yapısı sayesinde OG hücrelerde sık tercih edilir.
LPCT (Low Power Current Transformer): Toroidal tipe benzer ring tipi bir akım trafosudur. Ancak klasik tiplerden farklı olarak mV seviyesinde gerilim çıkışlı çalışır. Koruma rölesi ile direkt RJ45 kablo üzerinden haberleşerek akım bilgisini iletir. Set akım değeri 0-1250 A arasında ayarlanabilir. Basit yapısı ve yüksek kullanışlılığı ile öne çıkar. Mesnet veya toroidal tip akım trafoları gibi sekonderde 5 A veya 1 A akım çıkışı vermez, gerilim çıkışlıdır. Özellikle kesicili trafo koruma hücrelerinde tercih edilir.
OG Akım Trafosu Kullanım Alanları
Akım trafoları genel olarak orta gerilim akım trafosu (OG akım trafosu), yüksek gerilim akım trafosu (YG akım trafosu) ve alçak gerilim akım trafosu (AG akım trafosu) olarak sınıflandırılır. Aynı şekilde OG gerilim trafosu, YG gerilim trafosu ve AG gerilim trafosu da sistemlerde kullanılır.
En çok tercih edilen OG akım trafoları hem yerli hem de global üreticiler tarafından üretilmektedir. Kısa devre koruma ihtiyacı olmayan uygulamalarda OG toroidal akım trafosu kullanımı oldukça yaygındır. Bu tip trafolar, orta gerilim hücre içinde daha az yer kaplar ve kompakt çözümler sunar.
OG akım trafosu ile ilgili en uygun ürün veya proje çözümü için hemen fiyat teklifi alın!
Mobil trafo merkezi, literatürde mobil trafolar olarak da adlandırılsa da elektrik enerjisinin iletim ve dağıtımında kullanılan, taşınabilir bir trafo ünitesidir. Bu merkezler, özellikle geçici veya acil durumlarda enerji ihtiyacını karşılamak için tasarlanmış, tekerlekli bir platform üzerine monte edilmiş kompakt sistemlerdir.
Bilim ve teknolojinin gelişmesi, enerji kesintisinin minimum düzeye indirilmesinde etkin rol oynamaktadır. Sadece enerjinin sürekliliği değil, daha fazla enerji tüketimi için de ihtiyacın karşılanması ve buna göre önceden birçok tedbirin alınması gerekmektedir. Modern toplumlarda uzun süreli enerji kesintilerine artık tahammül kalmamaktadır. Günümüzde insanların akıllı telefonlarını bile şarj etmek için yanlarında yedek batarya taşıdıkları düşünülecek olursa, insanların enerji kesintilerine çok fazla tahammülü olmadığı anlaşılabilmektedir.
Evlerde elektrik kesintisi yaşandığında bile hemen tüketiciler elektrik dağıtım şirketlerini telefon veya mail yağmuruna tutmaktadırlar. Konutların, apartmanların dışında elektrik enerjisine daha çok ihtiyacı olan hastaneler, fabrikalar, okullar vb. gibi yapılarda elektrik kesintisi olması durumunda can ve mal kayıpları gelebilir, büyük maddi zararlar oluşabilir. Bu tür durumların üstesinden gelmek, bir nevi çözüm sunabilmek adına enerji kesintileri süresince tüketicilerin enerjisiz kalmaması adına mobil trafo merkezlerinin kullanılması önerilmektedir.
Mobil Trafo Merkezi OG ve Trafo Odaları
Mobil Trafo Merkezi Neden Kullanırız?
Trafo merkezleri ile mobil trafo merkezilerinin farklarını inceleyecek olursak; Trafo merkezlerinin bakım-onarım durumlarında beslediği bölge, bakım sırasında enerjisiz kalmaması için geçici olarak mobil trafo merkezleri ile beslenebilir.
Bilindiği gibi trafo merkezlerinin birçok çeşidi mevcut. Bunlardan bazıları bina tipi trafo merkezi, gis trafo (Gas Insulated Switchgear) trafo merkezleri, metal köşk içindeki trafo merkezleri. Açık tip indirici trafo merkezleri ve yükseltici indirici trafo merkezleri olarak sayılabilir. Örneğin bir mahallenin trafo merkezi eski tip, açık şalt tesisi olabilir. Trafo merkezi eski tip bir transformatör binası, açık tip kesici ve ayırıcılardan oluşabilir. Artık trafo merkezinin yeni tip, TEDAŞ şartnamelerine uygun beton köşk, SF6 gazlı kesicili ve ayırıcılı modüler hücrelerden oluşan (veya gaz izoleli gis trafo merkezleri) kompakt tip monoblok bir beton köşk içerisinde bina tipi trafo merkezi olarak restore etmek gerekebilir.
Üretilen yeni tip trafo merkezinin fabrika testleri, saha ve montaj işleri, devreye alınması ve TEDAŞ kabulü biraz zaman almaktadır. Bu tür durumlarda trafo merkezinin restorasyonu sırasında mobil trafo merkezleri geçici çözüm olarak kullanılabilmektedir. Mobil trafo merkezleri sadece geçici enerji ihtiyaçlarında değil, hızlı enerji ihtiyacı artışlarında da şebekesi kapasitesini artırmak için kullanılmaktadır.
Örneğin bir bölgeye göç dalgası yaşandığında veya nüfusu hızla arttığında o bölgeyi besleyen transformatör merkezinin gücü artık yeterli olmayabilir. Bu durumda ek enerji desteği olarak mobil trafo merkezleri kullanılabilmektedir. Uzun süreli, ciddi enerji kesintilerinde ve trafo arızalarında mobil trafo merkezi kullanılması önerilmektedir.
Gis Trafo Merkezleri (Gaz İzoleli Trafo Merkezleri), Bina Tipi Trafo Merkezleri ve Mobil Trafo Merkezleri Kullanım Avantajları
Genelde mobil trafo merkezleri 380 kV trafo merkezi veya 154 kV trafo merkezi (özellikle TEİAŞ 154 kV trafo merkezi) olarak kullanılmaktadır. Bunlar gis trafo merkezleridir (gaz izoleli trafo merkezleri). Orta gerilimde örnekleri daha azdır. Bina tipi trafo merkezlerine veya PB-1 prefabrik trafo köşklerine göre daha hafiftirler. Açık tip şalt merkezlerine bağlanabilirler. Direk tipi trafo merkezleriyle pek kullanılmaz. İndirici trafo merkezi veya yükseltici trafo merkezi olarak kullanılabilirler.
Bir bölgede birçok olay enerji kesintilerine neden olabilir. Bu nedenlerden ilk akla gelenlerden biri doğal afetlerdir. Depremler, heyelanlar, fırtınalar, kasırgalar vb. doğa olayları elektrik direklerinin yıkılmasına, kısa devre arızalarına, yüksek veya orta gerilim dağıtım merkezlerinin zarar görmesine sebep olabilir. Bunun yanında doğal afet sebebiyle bir trafo merkezinde transformatör patlaması veya orta gerilim hücre içerisindeki akım-gerilim transformatörlerinin patlaması gibi nedenlerle trafo merkezi çalışmaz hale gelebilir, beslediği bölgeyi enerjisiz bırakabilir.
Doğal afet veya trafo merkezinde meydana gelebilecek herhangi bir arıza sebebiyle enerjisiz kalan bölge geçici olarak mobil trafo merkezleri ile beslenebilir ve bölgenin geçici enerji ihtiyacı giderilebilir. Bir ülkede savaş durumu söz konusu olabilir. Havadan yağan bombalar, füzeler, düşen uçaklar vb. durumlar nedeniyle bölgedeki hastaneler, üretim santralleri, fabrikalar, askeri bölgeler, trafo merkezleri zarar görebilir.
Savaş bölgesinde, ilk hedef alınan noktalardan biri transformatör merkezleridir. Savaş durumlarında da mobil trafo merkezleri enerji ihtiyaçlarında en çok talep edilen ürünler arasında yer alır. Transformatör merkezlerinde büyük hasarlar meydana gelir. Savaş esnasında yeni bir trafo merkezi inşa etmek yerine enerji ihtiyacı için mobil trafo merkezleri kullanmak önemli bir çözüm olmaktadır.
Mobil Trafo Merkezi Üstten Görünüşü
Mobil trafo merkezlerinin kullanılma nedenlerinden biri de enerjinin uzun mesafelere götürülerek kullanılması durumudur. Yüksek güce ihtiyacı olan bölgelere düşük akımlarla enerji ihtiyacını sağlayabilmek için kullanılmaktadır. Örnek olarak bir tünel veya baraj inşaatı projesi sırasında, bu tür şantiyelerin yüksek güç ihtiyacı bulunur.
Şantiyelerin uzunluğu 2, 3, 5 veya 10 kilometrelere çıkabilir. Yüksek güç ihtiyacını 400 V alçak gerilimde uzun mesafelerde taşımak çok tercih edilmez. Çünkü enerji kayıpları artar, kablo kesitleri artar ve maliyet yükselir. Dolayısıyla bu tür yüksek mesafelere enerjiyi, orta gerilimde taşıyıp daha sonra alçak gerilime düşürülmesi tercih edilir. Şantiye bölgesine kompakt tip beton köşklü bir trafo merkezi kurmak yerine, mobil trafo merkezlerinin kullanılması daha avantajlı olmaktadır. Ayrıca dağıtım şebekesinin ulaşmadığı ve coğrafi koşulların zor olduğu bölgelere dağıtım şebekesi kurmak hem zor hem de daha maliyetli olur. Bu tür bölgelere genelde askeri üsler veya fabrikalar kurulduğu için bu bölgelere özel mobil trafo merkezleri kullanmak daha avantajlı gözükmektedir.
Mobil Trafo Merkezi Tasarımı ve Örnek Bir Dağıtım Sisteminde Kısa Devre Analizi (Designing of a compact mobile substation and short‐circuit analysis in a real distribution system)
International Transactions on Electrical Energy Systems dergisinde yayımlanan akademik makalemdeMATLAB Simulink programı kullanılarak 1600 kVA, 34.5/0.4 kV mobil trafo merkezitasarımı ve kısa devre analizini yapılmıştır. Özetini ve DOI numarasını aşağıda bulabilirsiniz.
Ülkemizde artan nüfusla birlikte elektrik enerjisine olan ihtiyaç giderek artmaktadır. Elektrik enerjisi enerji santrallerinde üretilir, yükseltici trafo merkezleri ile gerilim yükseltilir, enerji iletim hatları vasıtasıyla uzun mesafelerce taşınır ve indirici trafo merkezleri ile alçak gerilim seviyesine indirilerek son kullanıcıya ulaştırılır. Enterkonnekte sistemde trafo merkezleri çok kritik öneme sahip yapılardır. Enerji ihtiyacının artışı, trafo merkezlerinin artışına sebep olur. Trafo merkezleri elektrik enerjisinin üretildiği noktadan enterkonnekte sisteme, iletim sisteminden dağıtım sistemine bağlandığı kritik noktalarda yer almaktadır. Ayrıca trafo merkezleri sadece gerilim değiştirilmesine sağlamaz, aynı zamanda enerji dağıtımının da bu merkezlerden yapılmasına olanak sağlar. Bu noktalarda meydana gelebilecek bir arıza, tüm sistemi enerjisiz bırakabilir. Sadece bağlı olduğu tüketim noktasını değil, diğer tüketim noktalarını da enerjisiz bırakabilir. Trafo merkezleri herhangi bir nedenden dolayı devre dışı kalabilir. Bu nedenlerden bazıları; trafonun patlaması, orta gerilim modüler hücrelerdeki ekipmanların zarar görmesi, doğal afetler, savaş durumları vb. durumlar olabilir. Böyle bir durumda ya mevcut sistemdeki arıza çabuk bir şekilde giderilmeli ya da dağıtım sistemine ek enerji takviyesi yapılmalıdır. Bu enerji takviyesi jeneratör sistemleri, mobil trafo merkezleri vb. yöntemler olabilmektedir. Bazı arıza durumlarında mevcut durumdaki arıza hemen giderilemeyebilir. Bu durumda jeneratör sistemleri bir çözüm olabilmektedir. Enerji kesintisi uzun süre olacaksa bu yöntem maliyetli olabilir. Jeneratörler yerine mobil trafo merkezleri kullanılabilir. Elektrik enerjisini tedarik eden kurum veya kuruluşlarda yedekte hazır mobil trafo merkezleri varsa hızlı bir süre içerisinde sistem devreye alınır ve son kullanıcıya enerji verilir. Mobil trafo merkezleri sadece enerji kesintisi nedeniyle kullanılmaz. Aynı zamanda bir bölgeye geçici enerji tedariki durumunda da kullanılabilir. Ayrıca büyük ve uzun mesafeler içeren büyük inşaat projelerinde enerji iletimi yüksek maliyet sebebiyle alçak gerilimden ziyade orta gerilimde yapılır. Bu durumlarda mobil trafo merkezleri kullanıcının tam ihtiyacına yönelik yapılar olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu tez çalışmasında gerilimi 34.5 kV’dan 400 V’a indiren 1600 kVA anma gücünde indirici tip bir mobil trafo merkezi tasarımı yapılmıştır. Tasarımda mobil trafo merkezinin orta gerilim ve alçak gerilim elektrik dağıtım tek hat şemaları oluşturulmuştur. Orta gerilim devresindeki kesicilerin, ayırıcıların, ölçü transformatörlerinin, dağıtım transformatörün, koruma rölesinin, parafudrların ve modüler hücrelerin seçimi yapılmıştır. Kablo kesitleri hesaplanmıştır. Alçak gerilim devresindeki kesicinin seçimi ve akü redresör grubu hesabı yapılmıştır. Mobil trafo merkezinin metal köşk mimari çizimleri ve ekipmanların köşk içerisindeki yerleşimi yapılmıştır. Daha sonra ise mobil trafo merkezinin topraklama sistemi ile ilgili bilgiler verilmiştir.
Mobil Trafo Merkezi Yandan Görünüşü
Elektrik dağıtım şebekelerindeki en önemli problemlerin başında kısa devre arızaları gelmektedir. Kısa devre arızası her an meydana gelebilir. Dolayısıyla sisteme bağlı tüm ekipmanlar daima kısa devre arızasından korunması gerekmektedir. Eğer koruma yapılamazsa can ve mal kayıpları meydana gelebilir. Mobil trafo merkezi tasarımında seçilen koruma ekipmanları en yüksek kısa devre arıza şartlarına göre seçilmiştir. Tez çalışmasında mobil trafo merkezi tasarımında seçilen ekipmanların en kötü kısa devre şartlarına göre sistemi koruyup korumadığı incelenmiştir. Kısa devre arızaları simetrik ve asimetrik olarak iki farkı tipte incelenir. Simetrik arıza, dengeli üç fazlı kısa devre arızasının meydana geldiği durumdur. Genelde en yüksek kısa devre akımları bu durumda oluşur. Asimetrik (simetrik olmayan) kısa devre arızaları ise faz-toprak, faz-faz ve iki faz-toprak kısa devre arızası olmak üzere üç tipte incelenir. Genelde dağıtım şebekelerinde en çok tek faz-toprak kısa devre arızaları meydana gelir.
Tez çalışmasında MATLAB/Simulink programında bulunan elektrik şebekesi modelleri kullanılarak mobil trafo merkezinin modeli oluşturulmuştur. Mobil trafo merkezinin orta gerilim baralarında üç faz, faz-toprak ve faz-faz kısa devre arızaları meydana geldiği varsayılmıştır. Çalışmada iki farklı simülasyon yapılmıştır. Birincisi, mobil trafo merkezi direkt 100 MVA kısa devre gücündeki bir gerilim kaynağına (sonsuz güçlü dağıtım şebekesine) bağlı olduğu durum için simülasyon yapılmıştır. Bu simülasyonda önce tam yükte normal çalışma durumundaki osilografik akım ve gerilim grafikleri elde edilmiş, daha sonrasında 34.5 kV orta gerilim barasında üç faz, faz-toprak ve faz-faz kısa devre arızaları meydana gelmesi durumunda kısa devre akımı hesaplanmış ve osilografik akım ve gerilim grafikleri oluşturulmuştur. İkinci simülasyonda ise tasarlanan mobil trafo merkezinin, İstanbul’un Beykoz ilçesindeki 9 adet trafo merkezinin bulunduğu bir mahallenin dağıtım şebekesine bağlandığı durum incelenmiştir. Bu trafo merkezleri kısa devre gücü 16500 MVA olan, 100 MVA anma gücünde 380/34.5 kV’luk Beykoz GIS indirici merkezden beslenmektedir. Dokuz adet trafo merkezlerinden biri 1600 kVA anma gücündedir. Senaryo olarak bu şebekede işletmede olan 1600 kVA trafo merkezinin arıza yaptığı ve yerine çalışmada tasarımı yapılan 1600 kVA gücündeki mobil trafo merkezinin devre alındığı düşünülmüştür. Gerçek tabanlı bu dağıtım şebekesi MATLAB programının Simulink alt programındaki elektrik şebekesi modelleri kullanılarak modeli oluşturulmuştur. Her bir trafo merkezi bir alt sistem olarak kutucuklar halinde modellenmiştir. Sistemin genel modeli ve her bir trafo merkezinin modelleri gösterilmiştir. Mobil trafo merkezinin bağlı durumda tüm trafo merkezleri tam yükteyken önce mobil trafo merkezinin, arızanın olmadığı normal çalışma durumundaki osilografik akım ve gerilim grafikleri elde edilmiş, daha sonrasında 34.5 kV orta gerilim barasında üç faz, faz-toprak ve faz-faz kısa devre arızası meydana gelmesi durumunda kısa devre akımı hesaplanmış ve osilografik akım ve gerilim görünümleri elde edilmiştir.
Mobil Trafo Merkezi Arkadan Görünüşü (AG Odası)
Sonuç olarak elde edilen her iki simülasyon senaryosunda, elde edilen tüm akım ve gerilim değerleri bir tablo haline getirilip sunulmuştur. İki simülasyonda kendi içerlerinde hem normal çalışma simülasyonlarına hem de kısa devre arıza simülasyonlarına bakılarak, tasarımda seçilen ekipmanların normal ve kısa devre çalışma koşullarına uygun olup olmadığı kontrol edilmiştir.
