Güç sistemlerinde kısa devre formülleri konusunu inceleyecek olursak, kısa devre analizinde teoride dört çeşit kısa devre arıza tipi vardır. Bu arızalar kısa devre formülleri ile hesaplanmaktadır.
Üç faz kısa devre akımı
Faz-toprak kısa devre akımı
Faz-faz kısa devre akımı
Faz-faz-toprak kısa devre akımı
Bu dört tip kısa devre arıza akımlarından simetrik arızalar üç faz kısa devre arızasıdır. Diğer üç arıza akımı tipi asimetrik arıza akımlarıdır. Güç sistemlerinde arızaların çoğu (genelde %50’sinden fazla) faz-toprak kısa devre arızası olarak meydana gelmektedir. Kısa devre hesapları yapılırken transformatörlerin ana kademesinde olduğu, ark dirençlerinin hesaba katılmadığı, kısa devrenin olduğu noktada eşdeğer bir gerilim kaynağının olduğu ve kısa devre eşdeğer devrelerinde arıza üzerinde yer alan elemanların pozitif, negatif ve sıfır bileşen empedanslarının belirlenebildiği varsayılarak formüller oluşturulmuştur.
Üç fazlı kısa devre arızası simetrik (dengeli) bir arızadır ve üç fazında birbirleriyle teması sonucu oluşur. Aşağıdaki şekilde arızanın genel görünümü verilmiştir. Zf ise arızanın toprak empedansını simgelemektedir ve sıfır olarak düşünülecektir. Bu tür arıza tipinde yıldız noktasının toprağa bir direnç üzerinden bağlı olması akımın büyüklüğünü değiştirmez.
Üç Faz Toprak Kısa Devre Arıza Durumu
Burada, arızanın meydana geldiği noktadan, ilerlediği hat boyunca tüm elektrik ekipmanlarının (transformatör, enerji iletim hatları, kablolar vb.) kısa devre empedansları hesaplanır ve sonrasında kısa devre eşdeğer devresi oluşturulur. Bu devre aslında simetrili bileşenlerde pozitif bileşen devresine denk gelmektedir. Arıza dengeli olduğu için, negatif ve sıfır bileşenler pozitif bileşen devresiyle temas kurmaz ve sadece pozitif bileşen devresinde işlem yapılır.
Örnek Bir Güç Sistemi
Yukarıda örnek, basit bir güç sistemi verilmiştir. Buna göre üç faz kısa devre eşdeğer devresi aşağıdaki gibi olacaktır.
Güç Sisteminin Kısa Devre Eşdeğer Devresi
Buradan arıza akımı aşağıdaki kısa devre formülü ile bulunur (ZF=0 düşünülmüştür).
Faz-Toprak Kısa Devre Arızası
Faz-toprak kısa devresinde ise bir faz iletkeninin herhangi bir nedenden dolayı toprak irtibatlı bir nesneye teması sonucu oluşan bir arızadır. Toprak empedansını ihmal edecek olursak simetrili bileşen eşdeğer devresi aşağıdaki şekilde olacaktır.
Buradan a fazının pozitif, negatif ve sıfır bileşen kısa devre akımı aşağıdaki kısa devre formülleri ile bulunur.
Simetrili bileşen matrisinden a fazının kısa devre akımı aşağıdaki formülle bulunur.
Faz-Faz Kısa Devre Arızası
Faz-faz kısa devre arızası, iki fazın birbirlerine teması sonucu olur ve gösterimi aşağıda verilmiştir.
Faz-Faz Kısa Devre Arıza Durumu
Bu arıza tipinde simetrili bileşen devre görünümü aşağıdaki gibi olacaktır (toprak empedansı ihmal edilmiştir).
Faz-Faz Kısa Devre Simetrili Bileşen Eşdeğer Devreleri
Burada simetrili bileşen devrelerinde kısa devre akımları aşağıdaki gibi olur.
“b” ve “c” fazlarının birbirlerine temas ettiğini düşünecek olursa simetrili bileşen matrislerinden b ve c fazlarının kısa devre akımları aşağıdaki formülle hesaplanır.
Faz-Faz-Toprak Kısa Devre Arızası
Faz-faz-toprak kısa devre arızası, iki fazın birbirleriyle ve ekstra toprakla temaslı bir noktaya temas etmesinden meydana gelir. Arızanın görünümü aşağıdaki gibidir.
Faz-Faz-Toprak Kısa Devre Arıza Durumu
Bu arıza tipinin simetrili bileşen eş değer devresi aşağıdaki gibidir. Burada toprak empedansı ihmal edilmiştir.
Faz-Faz-Toprak Kısa Devre Simetrili Bileşen Eşdeğer Devresi
Burada simetrili bileşen devrelerinde kısa devre akımları akım bölme kuralına göre I1, I2 ve I0 bulunur. “a” ve “b” fazlarının birbirlerine ve toprakla temas ettiğini düşünecek olursa simetrili bileşen matrislerinden a ve b fazlarının kısa devre akımları aşağıdaki formülle hesaplanır.
Bu tüm kısa devre analizlerinde eğer toprak kısa devre empedansını da eklemek istersek, bu değeri tüm simetrili bileşen devrelerinde göstermek gerekir. Devrelerde pozitif, negatif ve sıfır bileşen akımları hesaplanır. Sonrasında da simetrili bileşen matrisinden kısa devre faz akımları bulunur. Kısa devrenin olduğu noktada gerilimler düşer. Gerilimler de aynı şekilde simetrili matrisler yardımıyla önce simetrili bileşenler, sonrasında da faz gerilimleri simetrili bileşenler matrisi yardımıyla hesaplanır.
Kısa devre formülleri konusunu inceleyecek olursak, 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.
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.
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
Neden Trafo Merkezi Yerine Mobil Trafo Merkezine İhtiyaç Duyarız?
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 merkezlerinin hızlı enerji ihtiyacını karşılaması, minimum alan kaplaması, minimum bakım gereksinimi, hızlı işletme ve devreye alma süresi, düşük yatırım ve işletme maliyeti nedeniyle anlatılan olası durumlarda kullanılması hem üreticiler hem de tüketiciler açısından büyük avantajlar sağlamaktadır. Globalde ABB, Schneider Electric gibi birçok firma mobil trafo merkezi üretimi yapabilirken yerli üreticiler olarak Ulusoy elektrik trafo (yeni ismiyle Eaton), Europower trafo merkezi yapabilmektedir. Bunun yanında daha birçok firma bu sistemi kurabilmektedir.
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 makalemde MATLAB Simulink programı kullanılarak 1600 kVA, 34.5/0.4 kV mobil trafo merkezi tasarımı 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.
![\[I'_k\;=\frac{\displaystyle\frac{c\;U_n}{\sqrt3}}{(Z_{QT}+Z_{TK}+Z_L)}\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-e15210d2bb01453307aac797cf52baf5_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[I_0=I_1=I_2=\frac{V_H}{(Z_0+Z_1+Z_2)}.\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-654968fc53e29b1e806acd7201e037c4_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[I_a=\frac{3V_H}{(Z_0+Z_1+Z_2)}.\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-02f966a21cee320fa59ea755759043b1_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[I_0=0.\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-dc285ccc3de79fad8f9fcd54a07631d9_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[I_1=-I_2=\frac{V_H}{(Z_1+Z_2)}.\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-3d39816b26642dcf1b46bee11d0b0812_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[I_b=-I_c=\frac{j\sqrt3V_H}{(Z_1+Z_2)}.\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-c51a9882054ce35ab9cd33d0871f7c98_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[I_a=-I_b=j\sqrt3\frac{V_H\;(Z_0-a^2Z_1)}{Z_1(Z_1+2Z_0)}.\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-88401b2437c25f2f067f48a8f6237f0e_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
