8. ünite elektrik devrelerine koruma elemanları

8. ÜNİTE
ELEKTRİK DEVRELERİNE KORUMA
ELEMANLARI
KONULAR
1. Sigortalar
2. Parafudlar
3. Paratonerler
4. Koruma röleleri
1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI
ENERJİ ÜRETİMİ, İLETİMİ ve DAĞITIMI
GİRİŞ
Yüksek gerilim şalt tesislerinde, enerji nakil hatlarında (ENH) yüksek arıza
akımlarının ve gerilimlerinin meydana getireceği ısı ve diğer olumsuz etkilere karşı
koruyucu görevi yapan devre elemanlarına denir.
Bu koruma elemanları şunlardır:
• Yüksek gerilim NH sigortaları
• Parafudurlar
• Kuşkonmazlar
• İzolâtörler
8.1. Sigortalar
YG şebekelerinin herhangi bir noktasında meydana gelen arızanın o hatalı işletme elemanı üzerindeki koruma elemanı tarafından ortadan kaldırılması gerekir.
Sistemin diğer kısımlarının ise çalışmaya devam edecek şekilde olmasını temin etmek amacıyla yüksek gerilim koruma elemanlarına NH sigortaları denir. YG sigortaları ark söndürme yöntemine göre ikiye ayırabiliriz.
8.1.1. Doldurulmuş kartuşlu yüksek gerilim sigortaları
Bu tip sigortalarda kartuşun içi uygun büyüklüklerdeki taneciklerden oluşan
kuvars tozu ile doldurulmuştur. Büyük kısa devre akımlarında hızla eriyen eriyici
metal buhar hâline gelmekte ve bir basınç yükselmesi olmaktadır.
Kuvars tozu bu metalik buharın çabuk sıvılaşmasını sağlayarak kartuş içinde
tehlikeli basınçların doğmasını önlemektir.
Şekil 8.1 Doldurulmuş kartuşlu Y.G. sigortası kesiti
182
1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI
ENERJİ ÜRETİMİ, İLETİMİ ve DAĞITIMI
8.1.2. Eriyen telli Y.G sigortaları
Eriyen telli yüksek gerilim NH sigortaları, sigorta gövdesi ve değiştirme elemanlarından oluşur. Gövde altlık, izolâtörleri bağlantı uçları ve görev karakterleri
içerir. Değiştirme elemanında da eleman taşıyıcı ve kontaktör vardır.
Eriyicinin erimesine yeterli bir akım geçmeye başladığı andan, arkın oluştuğu
ana kadar geçen zamana erime süresi denir. Arkın olmasından tam olarak söndüğü
ana kadar geçen zamanda sigortanın çalışma süresidir.
Şekil 8.2 Eriyen telli yüksek gerilim sigortasının yapısı
8.2. ParafudURlar
Yüksek gerilim tesislerinde hat arızaları, yıldırım düşmeleri ve kesici açması
gibi manevralar sonucu meydana gelen aşırı ve zararlı çok yüksek gerilim şoklarının
etkisini önler. Ayrıca iletim hatlarında meydana gelen yürüyen dalgaların tahrip etkisini önleyen cihazlardır.
Parafudur emniyet supabı gibi çalışır. Aşırı gerilim dalgalarını toprağa akıtır.
Yüksek gerilim iletkeni ile toprak arasına bağlanır. Parafudur bir direnç ile buna seri
bağlı bir ark söndürme elemanından ibarettir.
183
1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI
ENERJİ ÜRETİMİ, İLETİMİ ve DAĞITIMI
bir ark söndürme elemanından ibarettir. etkisini önleyen cihazlardır.
Şekil 8.3 Eriyen telli yüksek gerilim sigortaları teknik özellikleri
8.2.1. İletim ve dağıtım hatlarında oluşan yüksek gerilimlerin oluş nedenleri
Yüksek gerilim hava hatlarında ve buna bağlı alternatör, transformatör ayırıcı
ve kesici gibi işletme araçlarında meydana gelen arızaların pek çok nedenleri vardır.
Bu nedenlerin başında aşırı gerilimler gelir. Aşırı gerilimler, iç ve dış aşırı gerilimler
olmak üzere ikiye ayrılır.
Devre açma ve kapamada, toprak ve faz kısa devrelerinde ve rezonans olaylarında meydana gelen aşırı gerilimlere iç aşırı gerilimler denir. Atmosfer etkisinden
meydana gelen aşırı gerilimlere de dış aşırı gerilimler denir.
8.2.1.1. İç aşırı gerilimler
• Alternatör yükünün kalkması
• Boşta çalışan hattın sonunda gerilim yükselmesi
• Kapasitif devrenin açılması
• Toprak teması veya kısa devre arızaları
8.2.1.2. Dış aşırı gerilimler
• Yıldırımın faz hattına düşmesi
• Yıldırımın direğe düşmesi
• Yıldırımın koruma hattına düşmesi
184
1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI
ENERJİ ÜRETİMİ, İLETİMİ ve DAĞITIMI
• Tesirle elektriklenme suretiyle meydana gelen aşırı gerilimler
• Elektrik yüklü bir bulutun elektrik alanı içinde bulunan bir yüksek gerilim
hattı bu alanın tesiri ile yüklenir ve hat üzerinde bir yük dalgası meydana
gelir.
Aşırı gerilimler yüksek gerilim izolâtörlerinde atlamalara sıvı ve katı yalıtkan
maddelerde de delinmelere neden olabilir. Dolayısıyla hatlarda toprak veya faz kısa
devreleri, transformatör sargılarında da sarım kısa devreleri meydana gelebilir.
8.2.2. Kullanma gerilimlerine göre parafudur çeşitleri
Parafudurlardan uzun süre faydalanabilmek için kullanıldığı devrenin özelliklerine göre seçilmesi gerekir. Bu konuda daha çok parafudur nominal akım ve
gerilim değerlerinin bilinmesi önemlidir. Bir parafudurun anma gerilimi, parafudur
üzerinde yazılı olan ve bunun hat ucu ile toprak ucu arasında bulunmasına müsaade edilen en yüksek alternatif gerilimin etkin değeridir.
YG tesislerinde parafudurlar tesisatın özelliğine göre üçe ayrılırlar:
• Faz parafudurlar: Faz iletkeni ile toprak arasına yerleştirilen parafudurlardır.
• Yıldız noktası parafudurları: Yıldız noktası ile toprak arasına yerleştirilen
parafudurlardır.
• Özel amaçlı parafudurlar: Özel hallerde kullanılan parafudurlardır.
8.2.3. Yapılışlarına göre parafudur çeşitleri
İşletmecilikte faz toprak arasındaki arkı meydana getiren, aşırı gerilim etkisini
kaybettikten sonra, iletme gerilimi nedeni ile devam eden arkın kesilmesi önemlidir. Parafudur bu işlevi sağlayan bir koruma tertibatı olması nedeniyle koruma elemanı olarak kullanılır. Yapılarına göre parafudurlar dört çeşittir.
8.2.3.1. Değişken dirençli parafudurlar
Parafudurun izolasyon seviyesini aşan bir gerilimde değişken direncin değeri
düşer. Aynı zamanda seri atlama aralıkları arasındaki izolasyon delinerek ark başlar.
Boşalma anında aşırı gerilim değeri azaldıkça değişken direncin değeri yükselir ve
akan akımı sınırlar. Bu nedenle birkaç mikro saniye sonunda seri atlama aralıkları
arasındaki ark sönerek parafudur işlemini tamamlamış olur.
8.2.3.2. Metal oksit parafudurlar
Metal oksit parafudurlarda aktif eleman olarak değişken direnç yerine yarı
iletken malzeme, çinko oksit (ZnO) bloklar kullanılır. Bunlarda seri eklatör yoktur.
Dolayısıyla bunlar değişken dirençli parafudurlara göre daha basit ve güvenli çalışır.
185
1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI
ENERJİ ÜRETİMİ, İLETİMİ ve DAĞITIMI
Şekil 8.4 Değişken dirençli parafudur kesiti
Metal oksit parafudurların ana elemanı olan metal oksit dirençler başta çinko
oksit (ZnO) olmak üzere az miktarda bizmut oksit (Bi2O3) mangan oksit (MnO2)ve
antimon oksit (Sb2O3) ihtiva eder.
Şekil 8.5 Metal oksit parafudurun yapısı ve resmi
8.2.3.3. Borulu parafudurlar
Aşırı gerilimleri bir ark üzerinden dirençsiz bir bağlantı yardımı ile topraklayarak sınırlar. Ark akımı boru içinde meydana gelen basınçlı gaz ile kesilir. Ark akımı:TS
460/1983’e göre izleme akımı boşalma akımının geçişini izleyen ve şebeke gerilimi
altında parafudurdan geçen akımdır.
186
1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI
ENERJİ ÜRETİMİ, İLETİMİ ve DAĞITIMI
8.2.3.4. Koruma elektrotları ve deşarj tüplü parafudurlar
Aşırı gerilimleri bir ark üzerinden ve dirençsiz bir bağlantı ile topraklamak süreti ile sınırlar. Fakat bunlarda ark akımının kesilmesi şebeke gerilimine bağlıdır.
Şekil 8.6 Hava hatlarında parafudur bağlantısı
8.2.4. Parafudurların koruma görevleri
Yüksek gerilim hat arızaları, yıldırım düşmeleri ve kesici açması gibi manevralar sonucu meydana gelen aşırı ve zararlı çok yüksek gerilim şoklarının ve enerji
iletim hatlarında meydana gelen yürüyen dalgaların tahrip etkisini önler.
• Tesisat ve transformatörleri aşırı gerilimlere karşı korur.
• Bir hava hattının devamı olan 30 metreye kadar olan kablolar her iki
ucunda parafudurlar ile korunmalıdır.
• Geçit izolâtörlü transformatörlerin yüksek gerilim ve alçak gerilim uçları ile
toprak arasına yerleştirilen parafudurlar ile koruma sağlanır.
• Yıldız noktası yalıtılmış veya toprak kısa devre söndürmeli şebekelerde
besleme transformatörlerinin yıldız noktaları parafudur ile korunmalıdır.
8.3. Paratonerler
Gökyüzünde yılda 3 milyar şimşek veya yıldırım oluşmaktadır. Bir diğer deyişle yılın herhangi bir zamanında dünyanın üstünde 2000 yıldırım bulutu vardır
ve dünyamıza her saniyede 100 yıldırım düşmektedir. Güçlü bir fırtına, Hiroşima’ya
atılan atom bombasından 100 kat daha fazla enerji açığa çıkarmaktadır. Kim bilir?
Belki bir gün gelecek yıldırımları da enerji kaynağı olarak kullanmayı öğreneceğiz.
Bu gök olayı insanlığın ilk tarihinden itibaren ilahi bir işaret olarak görülmüştür. Yıldırım düşmesi insanlar için tehlikeli olmasına rağmen insan yaşamına faydası da
vardır. Yıldırımlar yeryüzündeki bitkiler için faydalı maddeler olan azot, nitratlar ve
oksijenin de yeryüzüne inmesine neden olurlar.
187
1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI
ENERJİ ÜRETİMİ, İLETİMİ ve DAĞITIMI
Her şey güneş ışıkları ile yeryüzünde ısınan havanın yükselmesi ile başlıyor.
Tabii içinde buharlaşan suyu da yukarı taşıyarak, bu yükselen hava yaklaşık 2-3 kilometreye ulaşınca havanın soğuk katmanlarına rast geliyor. Soğuk havalarda nefes
verince nefesimiz nasıl buharlaşıyorsa aynen o şekilde buharlaşıyor ve gördüğümüz
bulutu oluşturuyor. Bu bulutlar daha sonra hava akımları ile 20000 metreye kadar
tırmanabiliyorlar.
Aslı tam bilinememesine rağmen bulutların bu yükselişleri sırasında içlerinde
oluşan buz kristallerinin birbirlerine sürtünerek bir statik elektrik enerjisi açığa çıkardıkları öne sürülüyor. Bu elektrik enerjisi bulutların üst katmanlarında pozitif (+),
alt katmanlarında ise negatif (-) yüklü olarak birikiyor. Bulutun içindeki yük havayı
iyonize edecek güce ulaştığında şimşek oluşuyor.
Yağmur bulutlarının alt yüzeylerindeki büyük negatif yük içindeki elektronları
iterek orayı da pozitif yüklü hale getiriyor ve bu yük saniyede 1000 kilometre hızla
toprağa iniyor, yani kısa devre yapıyor. Yıldırımın bu andaki ısısı 30.000 derece olup
güneşin yüzeyindeki ısının 5 katı kadardır.
Yıldırım düşerken çok şaşırtıcı bir şey oluyor. Yerden de buluta doğru bir boşalma oluyor. Yerden 100 metre yükseklikte bu iki akım birleşiyor ve iletkenliği çok
fazla olan bir koridor oluşuyor. Ġşte bundan sonra yıldırımı hiçbir şey durduramaz,
pozitif yük hızla buluta doğru onu nötr hale getirmek için yükselir, işte yıldırımın
havadan yere mi, yoksa yerden havaya mı oluştuğunu yaratan soru budur.
Bu koridordan yerden göğe doğru neredeyse ışık hızının üçte biri hızla yükselen akını yıldırımın göze gelen şiddetli ışığını da yaratır. Ardından yine yukarıdan
yere iner ve iki taraf arasındaki potansiyel farkı sıfırlanana kadar bu olay 10-12 kez
tekrarlanabilir.
Resim 8.1 Yıldırım deşarjı oluşumu
188
1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI
ENERJİ ÜRETİMİ, İLETİMİ ve DAĞITIMI
Şekil 8.7 Yıldırım oluşumu ( + ve – yüklerin oluşumu)
Şekil 8.6 daki gösterilen aşamalar aşağıdaki gibidir.
• Eksi yüklü elektronlar aşağı doğru zikzak yapmaya başlarlar.
• Artı yüklü parçacıklar da bulutun tabanında toplanır.
• Bulut yeryüzüne iyice yaklaşınca gözle görülemeyen öncü eksi yükler yere
inerek bir yol açarlar ve sonra da yerden buluta doğru elektrik akımı başlar.
• Artı yükler saniyede 100 000 kilometreyi aşan bir hızla buluta akar.
8.3.1. Tanımı ve Görevi
Yıldırımın zararsız olarak toprağa iletilmesinde paratoner tesislerinden yararlanılır. Elektrikli boşalmaların en az dirençli yoldan çevresine zarar vermeden toprağa iletilmesi bu tesislerin yapım amacıdır.
8.3.2. Yapıldığı Yerler
Yıldırımın oluşumunu hızlandıran etkenlerin başında; sivri uçlar, bayrak direkleri, kuleler, yüksek binalar, (TV, Telsiz, GSM, Radyo vericileri) anten direkleri, trafo
tesisleri vs. sayılabilir. Bunlara ilave olarak askerî tesisler, cami ve minareler, okullar,
hapishaneler, hastaneler, stadyumlar, gaz dolum tesisleri, petrol ofisleri, rafineriler,
havaalanları, köprüler, fabrikalar, depolar ve tüm binalarda paratoner ve topraklama tesisleri yapılması mecburidir.
189
1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI
ENERJİ ÜRETİMİ, İLETİMİ ve DAĞITIMI
8.3.3. Çeşitleri
Gelen bir yıldırımın etkisine karşı korunması gereken binalar üç şekilde korunabilir.
Şekil 8.8 Paratöner sistem çeşitleri
8.3.3.1. Faraday Kafesi
Faraday kafesi ile korunması istenen bina en yüksek yerlerinden toprağa kadar devamlı ve kesiksiz iletkenlerle(yatay ve düşey) sarılmaktadır. Faraday kafesi
yönteminin yeterli olması için korunacak cismin birçok yerinden paket bağlar gibi
iletken tellerle sarılması gerekmektedir.
8.3.3.2. Franklin Çubuğu
Franklin çubuğu korunacak yerin en yüksek noktasına sivri bir çubuk yerleştirme prensibine dayanan koruma sistemidir. Bu çubuk en kısa yoldan indirme iletkeni
ile topraklama tesisatına bağlanmaktadır. Bu yöntemle geniş alanları hatta binaları
korumak mümkün değildir.
Günümüzde özellikle cami minareleri, kuleler, deniz feneri ve bacalar gibi küçük boyutlu alanlarda kullanılmaktadır. Franklin çubuğu veya yakalama ucu sistem-
190
1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI
ENERJİ ÜRETİMİ, İLETİMİ ve DAĞITIMI
leri olarak bilinen bu yöntem basit bir metal uç, iniş iletkeni ve topraklama bölümlerinden oluşan bir yıldırımdan korunma yöntemidir.
Şekil 8.9 Faraday kafesi
Şekil 8.10 Franklin çubuğu
8.3.3.3. Aktif paratonerler
Radyoaktif paratönerlerin yasaklanmasıyla, bu paratonerlerin yerini E.S.E. (Aktif ) Paratonerler almıştır. E.S.E. (Aktif ) Paratonerler çeşitleri iki tiptir ;
Piezo elektrik kristalli franklin france aktif paratoneri:
Franklin France aktif paratoneri birçok yönden üstündür. Piezoelektrik kristal, tabiatta doğal olarak bulunan bazı madenlerden üretilirler. Bu nedenle de yıldırım
191
1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI
ENERJİ ÜRETİMİ, İLETİMİ ve DAĞITIMI
deşarjlarından etkilenmezler ve dolayısıyla da bakım gerektirmezler. Hem pozitif
hem de negatif yıldırım deşarjına karşı korunmalıdır. Montajsız veya montajlı test
edebilme imkanı vardır.
Fransız Atom Enerjisi Kurumu tarafından tasarımı gerçekleştirilmiş ve bu kurumdan patentlidir. 25 yıl çalışırlık ve paslanmazlık garantisinin yanında en önemli
özelliği, yağmur ve elektrik deşarjından hiç etki görmemesi ve dolayısıyla bozulmamasıdır.
Elektrostatik E.S.E. aktif paratonerler:
Elektrostatik Aktif Paratonerler değişik tip ve çeşitlerde olabilirler. Değişik test raporları, standartlara (ISO ve kendi ülkelerinin standartları) ve 25 yıl gibi bir garantiye
sahiptirler. Yıldırıma karşı etkili bir koruma alanı oluştururlar. Bu tip aktif paratonerler farklı yapılış tekniklerine sahip olmakla birlikte etkin bir koruma alanına sahiptirler.
Resim 8.2 Aktif paratöner başlıkları
Radyoaktif Paratonerler: Radyoaktif paratonerlerde radyoaktif kaynak kullanıldığından günümüzde yeni tesislerde kullanılmamaktadır. Eski tesislerdekiler de
sökülecektir. Radyoaktif paratonerlerin demontajı, muhafazası, nakli ve ilgili depoya
teslimi Türkiye Atom Enerjisi Kurumunca lisanslı firmalar tarafından yapılması şart
koşulmuştur. Demontaj yapacak personel, TAEK „ dan eğitim almış ve sertifika sahibi
olmalıdır.
Personel, kalibre edilmiş dozimetreye ve nakil esnasında muhafaza amacıyla
aracında kurşun kaba sahip olmalıdır. Lisans Belgesi bayi adı altında hiçbir kişi veya
kuruluşa devredilemez. Hiçbir şirket lisans sahibi firma adına söküm yapamaz.
192
1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI
ENERJİ ÜRETİMİ, İLETİMİ ve DAĞITIMI
8.3.4. Paratoner Elemanları
Paratoner tesisatı yapımında iniş iletkenleri, yakalama çubuğu, direk, bağlantı
parçaları ve topraklama elemanları kullanılır.
Şekil 8.11 Paratoner Montajı ve Paratoner Tesisatına Örnek
Topraklama ve Paratoner Tesisat Malzemeleri
1 - Yakalama Ucu veua Aktif Paratonerler 2 - Duvar kroşesi, 3 - İniş İletkenleri,
4 - Test klemensi, 5 - Muhafaza Borusu, 6 - Logar, 7 - Çevre Topraklaması, 8 - Topraklama Elektrodu,
8.3.4.1. İniş iletkenleri
2 x 30 veya 2 x 50 mm dolu daire kesitli bakır iniş iletkeni kullanılacaktır. Bu
iletken uygun aralıklarla kroşeler kullanılarak montaj yüzeyine tutturulur.
193
1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI
ENERJİ ÜRETİMİ, İLETİMİ ve DAĞITIMI
8.3.4.2. Yakalama Çubukları
Çubuklar ucu sivriltilmiş en az 16 mm2 kesitli paslanmaz çelikten en az 50 cm
boyundadır. Tesisin en yüksek bölümlerine konur. Çatı aynı düzlemde ise özellikle
köşelerden başlanarak en çok 15 m aralıklı yakalama çubukları konur.
8.3.4.3. Direk
6 metre boyunda galvanizli bir borudur. Bu direk duvara ya da çatıya altlık,
gergi telleri, kelepçeler v.s. ile monte edilir.
8.3.4.4. Bağlantı Parçaları
Paratoner sistemlerin montajında ve bağlantılarında kroşeler, bağlantı klemensleri gibi bağlantı parçaları kullanılır.
8.3.5. Paratoner Sistemi Montaj ve Bağlantıları
• Aktif paratoner, korunması istenilen bölgedeki en yüksek noktadan 1,5 m
daha yükseğe monte edilecektir.
• Tesiste kullanılacak bakır iletkenler %99,5 saflıkta elektrolitik bakır
olacaktır.
• Kurulacak tesisatın topraklama direnci ölçülecek ve 5 Ohm'dan az
olacaktır, fazla ise ilave bakır çubuk ile düşürülecektir.
• Toprak altında kalan tüm bağlantı noktaları ziftlenecektir.
• Paratoner monte edilecek çatılarda TV antenleri - Telsiz vs. mevcut ise
Paratoner tesisatına bağlanacaktır (TS 622).
• Telefon, Yangın ihbar ve kumanda tesisatı, kablolarının geçtiği
güzergahlarda yapılması gereken topraklamalar, bu kabloların en az 5 m
uzağına yapılacaktır.
• Aktif paratonerde toprak altında kalan tüm bağlantı noktaları
ziftlenecektir.
Yıldırımlı havalarda; Telefon fişlerini ve televizyon anten fişlerini çekiniz.
8.4. Koruma Röleleri
Santrallar ve enerji iletim ve dağıtım şebekelerinde bildirim sistemleri, arızaları, sesli veya ışıklı devre elemanları aracılığı ile bildirirler. Bazıları da bildirim yapmadan ayarlandıkları büyüklüklere göre devreleri açarlar. Şebekelerde oluşan arızala-
194
1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI
ENERJİ ÜRETİMİ, İLETİMİ ve DAĞITIMI
rın etkili ve ekonomik bir şekilde önlenebilmesi için röleler, devre açıcı elemanlar ve
bildirim sistemleri ile beraber kullanılır.
Röleler çalışma prensiplerine göre şu şekilde gruplandırılır:
• Sekonder aşırı akım rölesi
• Diferansiyel aşırı akım rölesi
• Toprak kaçağı koruma rölesi
• Sargı kaçağı koruma rölesi
• Sargı kısa devresi koruma rölesi
• Ters akım rölesi ( vatmetrik röle)
• Yatak ısınma rölesi
• Bucholz (bukoz) rölesi
• Temperatur (ısı kontrol) rölesi
• Rotor-toprak arıza koruması
8.4.1. Sekonder aşırı akım rölesi ve çalışması
Tanım: Akım trafolarının sekonder devresine bağlanan rölelere sekonder röle
denir. Yüksek gerilimler ve güçler için sekonder röleler ile koruma yapılmalıdır. Yüksek akımlarda trafonun doyuma ulaşarak yanlışlıkla devre açmaması için ikinci bir
röle, ara röle olarak kullanılabilir.
Alternatör ve transformatörlerin aşırı yüklenmesi, ısının artmasına ve verimin
düşmesine neden olur. Bu olumsuz etkileri önlemek için sekonder aşırı akım rölesi
kullanılır.
Aşağıda belirtilen özellikler sebebiyle sekonder röleler çok kullanılır.
• Açma kumandalarının elektriksel olması nedeniyle koruma etkilidir.
• Röle bobininin beslediği büyüklük belirli oranda düşürüldüğünden
sekonder röleler duyarlıdır.
• Devre gerilimli iken röle üzerinde ayar, bakım ve test gibi çalışmalar
yapılabilir.
8.4.2. Diferansiyel koruma rölesi ve çalışması
Hava hatlarının, kabloların, transformatörlerin ve alternatörlerin faz sargıları
arasında bir izolâsyon hatası sonucunda meydana gelen kısa devreler en emin bir
şekilde diferansiyel röle tarafından tespit edilir.
195
1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI
ENERJİ ÜRETİMİ, İLETİMİ ve DAĞITIMI
Diferansiyel röleler, normal durumda akım geçmeyen röle devresinden arıza
sonucu meydana gelen yüksek akımlar sebebiyle farklılık doğması ve akım geçmesi
prensibine dayanır.
Prensibi şekil 8.12’te görülen diferansiyel rölenin koruma bölgesi iki taraftaki
akım trafoları arasında kalan bölgedir.
Şekil 8.12 a) Primer röle b) Sekonder röle c) Ara röleli kesici bağlantıları
Şekil 8.13 Diferansiyel koruma rölesi prensip şekli
196
1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI
ENERJİ ÜRETİMİ, İLETİMİ ve DAĞITIMI
Diferansiyel röleler, herhangi bir kısa devre sonucu kesiciler devreyi açmadıkları zaman görev yapar. Gereksiz yere devre açmalarını önlemek için röleye bir
zaman rölesi eklenmiştir. Kısa devre durumu uzun süre devam ederse alternatör
devre dışı kalır. Bu anda röle, kesiciye kumanda eder, uyartımı keser ve haber verme
işlemini yerine getirir
Şekil 8.14 Diferansiyel rölenin trafoya bağlanışı
8.4.3. Toprak kaçağı (faz-toprak kısa devresi) koruma rölesi ve çalışması
Alternatör ve transformatörün yıldız bağlı ve nötr noktası, topraklı olan sekonder sargısının beslediği devrede oluşan bir faz-toprak (gövdeye kaçak) arızasında
güç transformatörünü ve alternatörü korumak amacıyla kullanılır. Arızalı kısmın servis dışı bırakılması veya arıza akımının sınırlandırılması esas alınır. Faz-toprak arızalarına karşı koruma, nötr hattının topraklanmasına göre seçilir.
8.4.3.1. Doğrudan topraklı devrede transformatör veya
alternatörün korunması
Toprak rölesi güç transformatörünün sekonder sargısının nötr noktasına yerleştirilen akım trafosunun sekonderinden beslenir.
Fiderlerden herhangi birinde oluşan faz-toprak arızasında, güç transformatörünün sekonder sargısının nötr noktasından bir kısa devre akımı geçer. Bu akım,
akım trafosunun primer sargısından devresini tamamlar.
197
1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI
ENERJİ ÜRETİMİ, İLETİMİ ve DAĞITIMI
Bu durumda akım trafosunun sekonder sargısına belirli oranda yansıyan arıza akımı röle kontağının kapanmasını sağlar. Ancak röle belirli değerde zaman geçikmesine ayarlı olduğu için fider5-toprak korumanın görev yapmaması halinde ve
ayarlandığı zaman sonunda çalışır. Bu sırada korna çalar pano üzerine ışıklı sinyal
çıkar ve transformatör çıkış kesicisi devreyi açar.
Şekil 8.15 Doğrudan topraklı devrede transformatör veya alternatör toprak koruması
8.4.3.2. Direnç üzerinden topraklı devrede transformatör veya
alternatörün korunması
Faz-toprak kısa devreleri için yapılan koruma bağlantıları alternatörün veya
transformatörün yıldız noktası, omik direnci çok büyük olan bir direnç üzerinden
topraklanır. Sargılardan biri toprağa kaçak yaptığında toprak üzerinden kapanan
devrede bir akım akışı olur. Bu akım tehlikesiz bir değerde tutularak faz-toprak kısa
devresi rölesinin çalıştırılmasında kullanılır.
Bu durum sonucunda korna çalar pano üzerinde ışıklı sinyal çıkar giriş kesicisi
açar ve genel açma rölesi çalışır. Kapama devresi kilitlenir.
8.4.4. Sargı kaçağı koruma rölesi ve çalışması
Stator izolâsyonundaki delinme ve sargıdan demir nüveye kaçak akımın meydana gelmesi, bir sargı kaçağı (stator-toprak arası) olarak tanımlanır. Bu arıza şekli
alternatörlerde en çok rastlanan arıza tipidir. Nötr hattı izole olan bir alternatörde
bu tür bir arıza küçük derecede kaçak akımlara sebep olmasına rağmen zamanla
hasar büyüyüp fazlar arası kısa devreye ve dolayısıyla çok daha tehlikeli bir duruma
dönüşebilir.
198
1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI
ENERJİ ÜRETİMİ, İLETİMİ ve DAĞITIMI
Aşağıda örnek olarak verilen sistemde dağıtım trafosu üzerinden nötr topraklanmıştır. Sistemde alternatör nötrü (stator-toprak arızalarını tespit etmek maksadıyla) sekonderinde takriben 1,1 ohm bir direnç bulunan bir dağıtım trafosu üzerinden topraklanmıştır (şekil 8.16).
Şekil 8.16 Direnç üzerinden topraklı devrede transformatör veya alternatör toprak koruması
Şekil 8.17 Sargı kaçağı koruma rölesi bağlantısı
199
1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI
ENERJİ ÜRETİMİ, İLETİMİ ve DAĞITIMI
Şekil 8.18 Sargı kısa devresi koruma rölesi bağlantısı
8.4.5. Sargı kısa devresi koruma rölesi ve çalışması
Bu tip koruma röleleri büyük güçlü alternatör ve transformatörler için kullanılır. Bir izolâsyon hatası sonucu alternatörün faz sargıları arasında oluşan kısa devreler veya bir fazın kendi sargıları arasındaki kısa devreleri önlemek için kullanılır.
Alternatörün uyartımı kesilmediği sürece stator sargılarında gerilim indüklenmeye devam edeceği için arıza devam eder. Alternatör (jeneratör) ile yükseltici trafo
arasında çoğu zaman kesici bulunmaz. Bu nedenle arıza akımının kesilmesi için bazı
tip sargı kısa devresi koruma sisteminde uyartımı kaldırma görevi de bulunur.
Şekil 8.17’de görüldüğü gibi alternatör çıkışına bir transformatör bağlanmıştır.
Bu transformatörün yıldız noktası genaratörün yıldız noktası ile bağlanmıştır. Normal işletmede üç faza ait gerilimlerin vektörel toplamı sıfır olacağından röle çalışmaz. Fazlardan birinde meydana gelen kısa devre sebebiyle üç fazın gerilimlerinin
vektörel toplamı sıfır olmaz. Bir fark gerilimi oluşur. Bu gerilim röleyi çalıştırmaya
yeterlidir. Geçici olaylar nedeniyle meydana gelen arızalardan rölenin gereksiz yere
çalışmaması için zaman rölesi de bulunabilir.
8.4.6. Ters akım rölesi (vatmetrik röle) ve çalışması
Alternatörlerde faz-toprak kısa devresine karşı topraklama akımının yanında
topraklama geriliminin de dikkate alınması gerekir. Bu durumda vatmetrik koruma
röleleri kullanılır. Birden fazla alternatörün bağlı olduğu bara sisteminde vatmetrik
korumada toprağa kaçak söz konusu ise, toprak kaçağı akımları birbirlerine ilâve
olarak arıza yerini fazlaca zorlar. Bu sakıncayı önlemek için aynı bara sistemine alternatörler için ayrı bir topraklama akımı veren bağlantılar meydana getirilir.
200
1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI
ENERJİ ÜRETİMİ, İLETİMİ ve DAĞITIMI
Şekil 8.19 Vatmetrik röle bağlantısı
8.4.7. Yatak ısınma rölesi ve çalışması
Alternatörün yatak sıcaklığının belli bir sınırı aşmayacak şekilde korunmasını
sağlamak için termik koruma kullanılır. Termik koruma ile belli sıcaklık değerleri üzerinde yataklarda bir ısınma söz konusu olursa önce alârm çalar sonra devreyi açar.
Çayırhan Termik Santrali’nde bulunan alternatörlerin yataklarının soğutulma işleri hidrojen gazının sirkülasyonu ile sağlanmaktadır. Alternatörün yatakları normal
işletme koşullarında aşırı ısınmayacağına göre ısınmanın nedenleri araştırılır. Eğer
ısınma devam ediyorsa alternatörün devre dışı bırakılması gerekir.
Yataklardaki ısının artışı çevre sıcaklığından, soğutucu hidrojen gazı devresindeki bir arızadan veya yataklardaki yağlanma sisteminden kaynaklanabilir.
Yukarıdaki şekilde yatak ısınmasına ait koruma sistemi görülmektedir. DC gerilimini taşıyan ibreye iki kontak yerleştirilmiştir. Bu kontaklardan biri alârm kontağına diğeri ise açma kontağına temas edebilecek seviyededir.
Soğutucu gazın sıcaklığı 700C değerine ulaşması hâlinde alârm yardımcı rölesi
çalışır. Zil çalar pano üzerinde termik alârm ışıklı sinyali yanar. Sıcaklığın 85 0C sıcaklık değerine ulaşması halinde açma yardımcı rölesi çalışır ve alternatör devre dışı
edilerek kapama devrelerini kilitler.
201
1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI
ENERJİ ÜRETİMİ, İLETİMİ ve DAĞITIMI
Şekil 8.20 Yatak ısınma rölesi bağlantısı
8.4.8. Bucholz (bukoz) rölesi ve çalışması
Transformatör iç arızalarında gaz oluşumunun etkilerini araştıran Bucholz
kendi adı ile anılan röle sistemini gerçekleştirmiştir. İç arızada oldukça süratli bir
koruma elemanıdır. Arıza anından itibaren 50-100 msn içinde çalışabilir.
Şekil 8.20’de verilen prensip şemada arıza önemli değilse rölenin içinde bulunan üst şamandıra çalışarak alârm verir. Eğer arıza önemli ise hem üst hemde alt şamandıra çalışır. Sonunda alârm ve kesicinin açması sağlanarak trafo devreden çıkar.
Bucholz rölesinin çalışmasından sonra rölenin üst kısmında toplanan gazın
incelenmesi halinde arızanın oluşumu hakkında bilgi edinmek mümkündür. Bu nedenle Bucholz rölesinin üst kısmına kontrol penceresi yerleştirilir. Kontrol penceresinde oluşan gazın miktarı ve renginin belirlenmesi sonucu arıza hakkında belirli bir
bilgiye sahip olunabilir.
202
1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI
ENERJİ ÜRETİMİ, İLETİMİ ve DAĞITIMI
Biriken gazın durumuna göre arıza şekli şu şekilde tespit edilebilir:
• Toplanan gazın miktarı arızanın büyüklüğü hakkında bilgi verir.
• Toplanan gazın renginden de arızanın nedeni anlaşılabilir.
• Beyaz renkli gaz, kağıt izolâsyonun yandığını
• Siyah veya gri renkli gaz, yağın yandığını
• Sarı renkli gaz, ağaç kısımların hasara uğradığını
• Renksiz olan gaz ise hava olduğunu belirtir.
Numune alma musluğundan alınan gazın yanıcı olup olmadığını kontrol etmeliyiz. Yanıcı ise transformatörde iç arızanın olduğu anlaşılır. Bu durumda transformatörün bakımı yapılmadan devreye alınmamalıdır.
Şekil 8.21 BUCHOLZ rölesi ve bağlantısı
8.4.9. Temperatür (ısı kontrol) rölesi
Transformatörler ve alternatörler yüklendikçe sargılarının ısınmaması gerekir.
Nominal güçleri, maksimum çevre sıcaklığına ek olarak izolâsyon sıcaklığı artışıyla
tanımlanır.
203
1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI
ENERJİ ÜRETİMİ, İLETİMİ ve DAĞITIMI
İzolâsyonu A sınıfı yağ, hidrojen gazı veya hava soğutmalı transformatörlerde
ve alternatörlerde nominal gücün 24 saatlik günlük ortalaması 30 C0’yi ve en yüksek
değer 40 C0’yi aşmayan çevre sıcaklığına ek olarak 55 C0 sıcaklık artışına dayanabilir.
Maksimum sıcaklıkta devamlı ısı artışına izin verilmez. Isı kontrol rölesinde sargılardan birine yerleştirilen uygun oranlı bir akım trafosunun sekonderinden beslenen
küçük bir ısıtıcı gövdenin içinde küçük bir cebe konulmuştur.
Isıtıcı çevre sıcaklığına ek olarak sargılarınki ile orantılı bir sıcaklık artışı meydana getirir. Cebe konulan sıcaklığa duyarlı bir direnç sıcaklık değişimine bağlı olarak
çok hızlı bir şekilde değer değiştirir. DC kaynağının R direncinden geçirdiği akımla
orantılı olarak göstergede sargı sıcaklığını temsil eden değer okunur.
Şekil 8.22 Temperatür (ısı kontrol) rölesi bağlantısı
8.4.10. Rotor-toprak arıza koruması
Alternatörün rotor sargıları toprak arızası veya açık devre ile hasara uğrayabilir. Dengesiz stator akımları, rotordan akıttıkları ilave akımlarla onu ısıtarak da hasara neden olabilir. Alternatörün rotor-stator arızasında sargı akımı artar ve dengesiz
hava aralığı akısı meydana gelir bu da vibrasyona neden olur.
Rotor-toprak arızalarının tespiti için şu metotlar kullanılır:
• Potansiyometre metodu
• Alternatif enjeksiyon metodu
• Doğru akım enjeksiyon metodu
204
1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI
ENERJİ ÜRETİMİ, İLETİMİ ve DAĞITIMI
Her metot rotor-toprak arıza noktasında kapanan bir elektriki devreyi içerir.
Koruma rölesi bu devrenin bir kolu üzerindedir.
Alternatörün rotor-toprak arızasının tespiti için en çok kullanılan metot doğru akım enjeksiyon metodudur. Bu sistemde trafo çıkışında köprü diyotlu redresör
bulunmaktadır. Köprünün pozitif çıkış ucu röle ve sınırlama direnci üzerinden alan
sargısının pozitif ucuna irtibatlıdır.
Bu metotla rotorun yatakları üzerinden kaçak sirkülasyon akımları akmaz. Bir
toprak arızası olduğunda, röleden arıza direncine bağlı bir akım akıp röleyi çalıştırır.
Şekil 8.23: Rotor-toprak arızasının tespiti (DA enjeksiyon metodu)
205
1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI
ENERJİ ÜRETİMİ, İLETİMİ ve DAĞITIMI
DEĞERLENDİRME SORULARI
Aşağıdaki soruları dikkatlice okuyunuz ve doğru seçeneği işaretleyiniz.
1. Aşağıdakilerden hangisi Y.G. şalt tesislerinde koruyucu görevi yapan devre
elemanlarından değildir?
a. Parafudurlar
b. Otomatik sigortalar
c. İzolotarlör
d. Kuş konmazlar
2. Aşağıdakilerden hangisi doldurulmuş kartuşlu Y.G sigortasını oluşturan
elemanlardan değildir?
a. Eriyici
b. Seramik kartuş
c. Metal kapak
d. Değişken direnç
3. Aşağıdakilerden hangisi yapılarına göre parafudur çeşitlerinden değildir?
a. Sabit dirençli parafudur
b. Değişken dirençli parafudur
c. Metal oksit parafudurlar
d. Borulu parafudurlar
4. Aşağıdakilerden hangisi alternatörlerde meydana gelen dış arızalardan
değildir?
a. Yüksekteki dengenin bozulması
b. Hatlardaki çeşitli kısa devreler
c. Sipirler arası kısa devreler
d. Frekansta meydana gelen değişmeler
5. Aşağıdakilerden hangisi çalışma prensiplerine göre koruma rölelerinden
değildir?
a. Sekonder aşırı akım rölesi
b. Bucholz (bukoz) rölesi
c. Yatak ısınma rölesi
d. Primer aşırı akım rölesi
206