ELEKTRĐK TESĐSLERĐNDE KORUMA GĐRĐŞ (Güvenlik ve Koruma Kavramları – Korumadan Beklenen Özellikler) ELEKTRĐK ENERJĐ SĐSTEMLERĐ- ÜRETĐM-ĐLETĐM-DAĞITIM-YÜK DĐZGELERĐ DAĞITIM ŞEBEKELERĐ (TT, TN, IT) TANIMLAR (AG, ...GÖVDE,....UN, IN,...) HATA AKIMI DEVRESĐ (HATA AKIMI, HATA GERĐLĐMĐ, ...) HATA AKIMININ ETKĐLERĐ KORUMA YÖNTEMLERĐ DĐREKT TEMASA KARŞI ENDĐREKT TEMASA KARŞI • TEHLĐKELĐ DURUM ÖNLENĐR 8.) KORUMA KÜÇÜK GERĐLĐMĐ KULLANMAK (SELV, PELV, FELV) 9.) KORUMA YALITIMI (ĐZALASYONU) • TEHLĐKELĐ DURUM AZALTILIR, 10.) KORUMA AYIRMASI 11.) IT ŞEBEKE KULLANMAK (Potansiyel dengelenmesi ve yalıtım kontrollu) • HATALI KISIM DEVREDEN ÇIKARTILIR 12.) HATA AKIMI ARTTIRILARAK • TOPRAKLAMA • KORUMA ĐLETKENĐ 13.) HATA AKIMI ĐLE KORUMAK 14.) HATA GERĐLĐMĐ ĐLE KORUMAK 15.) AŞIRI AKIM / KISA DEVRELERE KARŞI KORUMA 16.) SĐGORTALAR • ERĐYEN TELLĐ (BUŞONLU BIÇAKLI) • TERMĐK AÇICI / RÖLE • MANYETĐK AÇICI / RÖLE • KONTAKTÖR • OTOMATĐK SĐGORTA (GÜÇ ANAHTARI) 17.) SEKONDER KORUMA 18.) RÖLELER 19.) AŞIRI AKIM RÖLESĐ 20.) DĐFERANSĐYEL RÖLE 21.) MESAFE RÖLESĐ 22.) SCADA 23.) FREKANS RÖLESĐ 24.) AŞIRI GERĐLĐME KARŞI KORUMA 25.) PARAFUDURLAR 26.) AŞIRI GERĐLĐM RÖLELERĐ
1.) 2.) 3.) 4.) 5.) 6.) 7.)
1. GĐRĐŞ (Güvenlik – Koruma) Güvenlik (Safety); Koruma (Protection) Güvenlik; Dolaylı-Dolaysız Đnsan Hayatı koruma, Yangına Karşı Koruma, Cihaz koruma esaslarını bir hata devresi sistematiği içinde inceler, önlemlerini söyler. Koruma; daha çok elektrik cihazlarının (generatör, trafo, iletim hattı, çeşitli yükler vb.) özellikle aşırı akım ve aşırı gerilimlerden korunmasını inceler ve koruma cihazlarını tanıtır. Korumadan Beklenen Özellikler a.) Güvenilirlik (reliability) : Bütün arıza türlerinde koşulsuz çalışma sağlanmalıdır. b.) Seçicilik (selectivity) : Arızanın büyüklüğü ve yerine göre, sistemin tümü değil yalnızca arızalı kısım devre dışı kalmalıdır. c.) Hız : Koruma cihazı/sistemi yeterince hızlı olmalıdır d.) Basitlik ve sadelik : Bu cihazlar, kullanım yerlerine göre ilgili/yetkililerin anlayabileceği basitlikte olmalıdır. e.) Ekonomi : Cihaz/sistem amaca uygun ekonomiklikte olmalıdır. 2. ELEKTRĐK ENERJĐ SĐSTEM DĐZGELERĐ (ŞEBEKELERĐ) Klasik anlamda elektrik enerjisi iletim sistemini, Üretim-Đletim-Dağıtım diye nitelemek çok sık karşılaşılan bir sınıflamadır.
ĐLETĐM
ÜRETĐM
DAĞITIM
Elektrik Enerji Sistem Bileşenleri TÜKETĐM (YÜKLER)
Tipik Tek Hat şeması
3~
Gen. Üretim
Bara1
Trf1
Bara2
Hat Đletim
Bara3
Trf2
Bara4
Dağıtım
Yük Yük
380 / 35 kV 3~
Üretim 30 kV
30 / 380 kV
YG Đletim 380 kV
OG Dağıtım I OG Dağıtım II
AG Dağıtım 35 / 0,4 kV
Diğer taraftan incelenen durum veya bölgeye göre sistemi daha ayrıntılı sınıflamak da mümkündür. Dağıtımım peşinden yüklerin gelmesi tabiidir. Öbür taraftan eğer sadece üretimle ilgilenilir ise, iletim ve dağıtım sistemleri bile yük olarak göz önüne alınabilirler. Gerilim Seviyeleri : Alçak Gerilim (Low Voltage) Un<1 kV 190 / 110 V 380 / 220 V 440 V 660 V Dal Şebeke
Orta Gerilim (Medium Voltage) 1- 100 kV 6 – 36 kV
Yüksek Gerilim (High Voltage) 100-220 kV 66 kV 138 kV 154 kV 220 kV
Çok YG (Extra HV) 220-800 kV 345 kV 400 kV 500 kV 765 kV
Çok Çok YG (Ultra HV) 800 kV < Un 1000 kV 1500 kV
Halka Şebeke (Çift taraflı beslenen hat)
Ağ (Gözlü) Şebeke
Dağıtım Trafoları, Model
B
A
RST N
RST 36 / 0,4 kV
YÜK
400/230 V
36 kV
R S T N
R S T
ER ES ET
+
XR
+
XS
URS
+
XT
UST
R UTR
S T UR
US
UT
N
R URS
UTR
S
UST T UR
US
UT
N
Transformatör
RT
Koruma topraklaması
Parafudr
RO
Đşletme topraklaması
RT
Fonksiyon topraklaması
Koruma topraklaması
Trafo Yıldız Noktası doğrudan topraklanabilir, empedans üzerinden topraklanabilir veya topraktan izole edilebilir
3. DAĞITIM ŞEBEKELERĐ (TT, TN, IT) Şebeke Sistemleri aşağıdaki kısaltmalarla karakterize edilmektedir: 1.Harf
: Kaynağın Topraklama özelliklerini göstermektedir,
T I
: Bir noktanın direk olarak topraklanmasını : Tüm aktif kısımların Topraktan yalıtılmasını veya bir noktanın empedans üzerinden topraklanmasını sembolize etmektedir.
2.Harf
: Elektrik Cihazının Gövdesinin Topraklama koşullarını göstermektedir,
: Gövdenin, kaynağa ait topraklamadan bağımsız bir şekilde, direk olarak topraklanmasını N : Gövdenin, direk olarak işletmeye ait topraklama hattına bağlanmasını sembolize etmektedir. Ayrıca TN Şebekede : T
S C
: Nötr (N) ve Koruma (PE) hatları ayrıdır : Nötr (N) ve Koruma (PE) hatları ortaktır (PEN)
S (seperate :ayrı), C (common:ortak), PE (protection earth: koruma iletkeni) N (nötr) ifade etmektedir. TT Sistemi Sistem nötrü ve cihazlar ayrı ayrı topraklanmış
L1 L2 L3 N
Yalıtılmış nötr hattı
TN-S Sistemi Koruma ve nötr fonksiyonları ayrı iletkenlerle
L1 L2 L3 N PE
Yalıtılmış nötr hattı
Đletken kesitler 10 mm2 ye eşit veya düşük olan şebekelerde TN-S sistem kullanmak mecburidir.
TN-C-S Sistemi Koruma ve nötr fonksiyonları şebekenin bir bölümünde birleştirilmiş
L1 L2 L3
Yalıtılmış nötr hattı N
PEN
PE
TN-C Sistemi Koruma ve nötr fonksiyonları birleştirilmiş
L1 L2 L3 PEN
IT Sistemi Sistem nötrü yalıtılmış ve cihazlar topraklanmış
L1 L2 L3 N PE Röle
4. TANIMLAR
Alçak Gerilim
:
Etkin değeri 1kV un altında olan gerilimlerdir
Tüketici Tesisi
:
Tüketicileri beslemek için yapılan elektrik tesisleridir
Tüketici
:
Elektrik enerjisini elektriksel olamayan diğer enerji türlerine çeviren cihazlardır.
Đşletme aracı
:
Elektrik enerjisinden yararlanmak üzere kullanılan cihazlardır.
Aktif Kısım
:
Đşletme açısından gerilim altında bulunan ve işletme akım devresine ait sargı, direnç vb. iletken kısımlardır. Pasif kısımlara karşı "işletme izolasyonu" ile yalıtılmışlardır.
Gövde (Pasif Kısım)
:
Đşletme aracının her an temas edilebilecek olan, aktif kısımlarından işletme izolasyonu ile ayrılan fakat bir izolasyon hatası sonucu gerilim altında kalabilen madeni ve iletken kısımlardır.
Yıldız Noktası
:
Faz Đletkeni
:
Herhangi bir işletme elemanının yıldız bağlı sargılarının ortak düğüm noktasıdır. Kaynakla tüketicileri bağlayan iletkenlerdir, (R S T) veya (L1 L2 L3) olarak gösterilirler.
Nötr Đletkeni
:
Üç fazlı sistemlerde yıldız nıktadından çıkan iletkendir (N) veya (O) harfi ile gösterilir.
Koruma Đletkeni
:
Cihazları temas gerilimine karşı korumak için, cihaz gövdelerini işletme topraklamasına bağlayan iletkendir. (PEN) ile gösterilir.
R S T N
UT
RT Ro Referans Toprak
UH
UE
US
ϕ
Referans Toprağı
E
≈ 20 metre
Hata Gerilimi (UH)
:
Bir gövde kaçağı (yalıtım hatası) olması durumunda, gövde ile referans toprağı arasında oluşan gerilimdir
Topraklayıcı Gerilimi (UE)
:
Bir gövde kaçağı (yalıtım hatası) sonucu topraklayıcıdan bir hata akımı akması durumunda, topraklayıcı ile referans toprağı arasında oluşan gerilimdir
Temas Gerilimi (UT)
:
Hata Geriliminin insan vücudu tarafından köprülenen kısmıdır
Yeryüzü Potansiyeli (ϕ ϕ)
:
Topraklayıcı ile referans toprağı arasındaki gerilim dağılımıdır
Adım Gerilimi (US)
:
Bir kaçak olması durumunda, yeryüzü potansiyelinin insan (veya canlı) ayakları arasında köprülenen kısmıdır
Hata Akımı (IH)
:
Bir yalıtım hatası sonucunda, gövde, toprak veya koruma iletkeninden geçen akımdır
Kaçak Akım
:
Cihazların aktif kısımlarından, işletme izolasyonu üzerinden gövdelerine geçen akımdır.
Topraklayıcı (Elektrod; E)
:
Toprakla iletken bir bağlantı kurmak amacıyla, toprağa gömülen iletken malzemelerdir.
Topraklama
:
Cihazların topraklanacak olan kısımlarının (örneğin, gövdelerinin) topraklama tesisi üzerinden, toprak ve iletken bağlantısının yapılmasıdır.
Topraklama Tesisi
:
Birbirleriyle iletken olarak bağlanmış olan, topraklama hattı, varsa topraklama barası ve topraklayıcıların tamamıdır.
Topraklama Hattı
:
Tesisin veya işletme araçlarının veya cihazların tıpraklanacak olan bölümlerini, topraklayıcı ile bağlayan iletkendir.
Referans Toprağı
:
Bir topraklayıcıdan yeteri kadar uzaklıkta bulunan (yaklaşık 20 m) ve yeryüzü potansiyelinin yeterince küçük olduğu toprak
Zemin
:
Đşletme araçlarının yerleştirildiği ve insanların ayak bastıkları yerdir. Zeminle toprak arasında bir geçiş direnci söz konusu olup bu direnç çeşitli faktörlere bağlıdır.
Yayılma (Geçiş) Direnci
:
Bir topraklayıcı ile referans toprağı arasındaki geçiş direncidir.
Đşletme Topraklaması
:
Đşletme araçlarının aktif kısımlarının ve nötr hattının topraklanmasıdır
Koruma Topraklaması
:
Bir yalıtım hatası durumunda, insanları yüksek temas gerilimlerine karşı korumak için işletme araçlarının gövdelerinin topraklanmasıdır
5. HATA AKIMI DEVRESĐ
RTRF
RHAT
R S T N
RG2
RĐ
RG1
Zemin
RG3
Ro RG4 Toprak
Hata Oluşumu – Gövde Kaçağı
RE
RTRF
:
Trafo Faz Sargısının Direnci
RHAT
:
Đletim Hattı Direnci
RG1
:
Yalıtım hatasının oluştuğu yerdeki geçiş direnci
RG2
:
Arızalı işletme aracı gövdesi ile insan eli geçiş direnci
RĐ
:
Đnsan vücudu direnci
RG3
:
Đnsan ayağının bastığı yerdeki ayak ile zemin arasındaki geçiş direnci
RG4
:
Zemin ile gerçek toprak arasındaki geçiş direnci
Direnci (RE)
Toprağın direnci
Direnci (RA)
Arızalı işletme aracının üzerinde durduğu altlık direnci
Direnci (RG5)
Altlık ile gerçek toprak arasındaki geçiş direnci
Direnci (RT)
Koruma Topraklaması direnci
Direnci (RO)
Đşletme Topraklaması direnci
UH
∼
RTRF
RHAT
RG1
RG2
RĐ
RG3
Ro
RG4 RE
Şekil 5.1. Hata Akımı Eşdeğer Devresi (topraklama yok, motorun altlığı yerden yalıtılmış durumda)
UH RTRF
RHAT
∼ RG1
RG2
RA
RĐ
RG3
Ro
RG4 RE
Şekil 5.2. Hata Akımı Eşdeğer Devresi (topraklama yok, motorun altlığı belirli bir “RA” dirence sahip) UH RTRF
RHAT
∼ RG1
RG2
RT
RA
RĐ
RG3
Ro
RG4 RE
Şekil 5.3. Hata Akımı Eşdeğer Devresi (topraklama var “RT : Topraklama Direnci”, motorun altlığı belirli bir “RA” dirence sahip)
UH RTRF
RHAT
∼ RG1
RG2
RT
RA
RĐ
RG3
Ro
RG5
RG4
RE
Şekil 5.4. Hata Akımı Eşdeğer Devresi (topraklama var “RT : Topraklama Direnci”, motorun altlığı ile insanın üzerinde durduğu zeminler faklı “RG5: Motor altlığının durduğu zemin ile referans toprak arası geçiş direnci”) UH RTRF
RHAT
∼ RG1
RG2
RT
RĐ
RG3
Ro
RG4 RE
Şekil 5.5. Hata Akımı Eşdeğer Devresi (topraklama var “RT” , motorun altlığı sonsuz dirence sahip)
UH
RTRF
RHAT
∼ RG1
RPEN
RG2
RĐ
RG3
Ro
RG4 RE
Şekil 5.5. Hata Akımı Eşdeğer Devresi (koruma iletkeni PEN var)
Örnek Problem 1.) Aşağıda şekli verilen TT şebekeye bağlı cihazda bir gövde kaçağı olması durumunda; a) Cihaz topraklanmamış durumda iken, RH=1 ohm, RĐ=2000 ohm, RG4= 198, Ro=1 ohm (diğer tüm dirençler ihmal) değerleri ile akacak Hata akımını, Hata Gerilimini ve Temas Gerilimini hesaplayınız b) Topraklama yapılması durumunda, topraklama direncini RT=0,2 ohm kabul ederek; Hata akımını, Hata Gerilimini ve Temas Gerilimini hesaplayınız. (NOT : UH =220 V)
RTRF
RH
R S T N
RG2
RĐ
RG1
RG3 Zemin
Ro
Toprak RE
Topraklama Đletkeni RT
RG4
Çözüm 1. a.) Hata akımı devresindeki dirençlerin toplamı; RTOPLAM = RH + RĐ + RG4 + Ro RTOPLAM = 1 +2000 + 198 +1 = 2200 Ohm Hata akımı; UR 220 IH = = = 0,1A R TOPLAM 2200 Hata Gerilimi : UH = ( RĐ + RG4 ) x IH = 2198 x 0,1 = 219,8 V Temas Gerilimi : UT = RĐ x IH = 2000 x 0,1 = 200 V b.) Yeni durumda hata akımı devresindeki dirençlerin toplamı; RTOPLAM = RH + (RĐ + RG4 )// RT + Ro RTOPLAM = 1 +(2000 + 198)//0.2 +1 = 1 + 0.2 + 1 = 2.2 Ohm Hata akımı; UR 220 IH = = = 100 A R TOPLAM 2.2 Hata Gerilimi : UH = ( RĐ + RG4 )x)// RT x IH = 0.2x 100 = 20 V Temas Gerilimi :
UT =
RĐ 2000 ⋅ UH = ⋅ 20 = 18,2 V R Đ + R G4 2198
Örnek Problem 2.) Aşağıda şekli verilen TN-C şebekeye bağlı cihazda bir gövde kaçağı olması durumunda; a-) Hata akımını, Hata Gerilimini ve Temas Gerilimini Hesaplayınız b-) Gövdeyi koruma iletkenine bağlayan telin kopması durumunda; Hata akımını, Hata Gerilimini ve Temas Gerilimini Hesaplayınız
RTRF
RH
R S T PEN
RPEN Koruma Đletkeni Ri RG1
Zemin
UY RTRF+HAT RG1 Ri RG4 Ro RPEN
: : : : : : :
220 V 0,4 Ω 0,2 Ω 2000 Ω 198 Ω 1,4 Ω 0,4 Ω
Ro RG4 Toprak
RE
Not : verilmeyen dirençler ihmal edilecektir ! Zemin ile cihaz gövdesi arası “altlık” tam yalıtkandır !
Çözüm 2. Hata akımı devresindeki eşdeğer direnç; R TOPLAM = R TRF+ HAT + R G1 + R PEN //( R Đ + R G 4 + R O )
R TOPLAM = R TRF+ HAT + R G1 +
R TOPLAM = 0,4 + 0,2 +
(R PEN ) x (R Đ + R G 4 + R O ) (R PEN + R Đ + R G 4 + R O )
(0,4) x (2000 + 198 + 1,4) 0,4 x 2199,4 = 0,6 + = 0,6 + 0,4 = 1 Ω (0,4 + 2000 + 198 + 1,4) 2199,8
Hata akımı; UR 220 IH = = = 220 A R TOPLAM 1 Hata Gerilimi : UPEN = RPEN x IH = 0,4 x 220 = 88 V UPEN=UH+URO
UH =
R Đ + R G4 2198 xU PEN = x88 ≅ 88 V R Đ + R G4 + R O 2199,4
Temas Gerilimi :
UT =
RĐ 2000 xU H = x88 ≅ 80 V R Đ + R G4 2198
Tablo X. Sigortaların 5s ve 0,4 s lik açma sürelerine karşılık gelen açma akımları
Alçak Gerilim gL, gG, gM sigortaları In (A) 2 4 6 10 16 20 25 32 35 40 50 63 80 100 125 160
In (A) 5s 9,5 19 28 48 70 86 115 150 173 200 250 330 430 580 715 950
In (A) 0,4 s 17 32 50 80 120 150 210 250 267 300 460 610 800 1050 1300 1800
6. HATA AKIMININ ETKĐLERĐ 6.1. Akımın Canlılar Üzerine Etkileri Canlılar üzerinden elektrik akımı geçmesi sonucu meydana gelecek etkiler akım büyüklüğüne ve etki süresine göre aşağıdaki tablo ve şekilde gösterilmiştir. Đnsan bedeninden geçecek akımın büyüklüğü, kişinin vücut direncine, temas noktalarının özelliklerine, akım geçiş süresine ve alternatif akımda frekansa bağlıdır. Đnsan vücut direnci, vücut iç direnci, temas noktalarındaki geçiş dirençleri ve genel olarak akım yolu üzerindeki diğer dirençlerden oluşur. Bu değerler kişilere göre çok farklı değerler alabilirler. Đnsan vücutu toplam direnci 2500 ohm alınıp, insan için tehlikesiz akım 20 mA alınırsa 50 volt’luk bir temas gerilimi sınır değer olarak kabul edilebilir. Yüksek frekanslı akımlarda vücut direncinin artması sebebi ile, tehlikenin azaldığı söylenebilir. Akım Bölgesi AC-1 AC-2
Akım Şiddeti 0,01 mA 1-5 mA 5-15 mA
Fizyoloji Tepki Hissedilme sınırı, gıdıklanma hissi Elde uyuşma hissi, el-kol hareketleri zorlaşır Tutulan cisim henüz bırakılabilir, elde-kolda kramp başlar, tansiyon yükselir Tutulan cismin kendiliğinden bırakılabilmesi mümkün değildir. Kalb etkilenmez Dayanılabilen akım sınırı, tansiyon yükselir, kalp düzensiz çalışır, teneffüs zorlaşır, çevrilebilir kalp durması baş gösterir, şuur genelde yerinde olur, bazen bayılma olabilir. Akımın etki süresine bağlı olarak kalpte fibrilasyon, şuur kaybı, Tansiyon yükselir, kalp durur, akcigerler şişer, şuur kaybı olur
15-25 mA AC-3
25-80 mA
80-100 mA AC-4
ms
3 A den büyük
10000 5000 2000 1000
t
500 200 100 50 20 10
AC-1
0,1 0,2 0,5 1
AC-2
2
5
AC-4
AC-3
10 20 50 100 200 50010002000
IV
AC-1 : Genellikle tepki yoktur. AC-2 : Zararlı bir fizyolojik etki yoktur. AC-3 : Kalp atışlarında aksaklıklar görülür. AC-4 : Tehlikeli fizyolojik etkiler, ağır yanıklar.
10000 mA
6.2. Akımın Yangın, Patlama Tehlikeleri Bir hata oluşması durumunda, insan dokunma tehlikesi olmasa dahi, hata akımı topraklama veya koruma iletkenlerinden ya da bunlar yoksa çeşitli geçiş empedansları üzerinden toprağa bir yol bulacaktır. Geçiş dirençleri üzerinde oluşacak ısı etkisi yangın tehlikesine yol açar. Hata akımının meydana getirdiği enerji W= Rg.I2.t Watt (Joule/s) olup , "Rg"geçiş direncini "t" etki süresini göstermektedir. Bu enerji belli bir değere ulaşırsa "yangın tehlikesi" oluşabilir. Akımın yangına neden olması için en az 60 W güce, 0,3 A akıma ve 5 J (Ws) enerjiye ihtiyaç vardır. 220 V luk bir şebekede söz konusu değerlere göre, en kısa etki süresi 83 ms olarak bulunur. Bu nedenle hata akımı kesme cihazlarının yeterince hassas ve hızlı olması gerekir. Sigorta veya Otomatik Anahtar gibi aşırı akım cihazları yangın korumda yetersiz kalmaktadırlar. Bir başka tehlikeli durum ise, küçük akım değerleri yanında büyük akım değerleri ile oluşacak bir ark durumunda ise gene dolaylı yangın ve patlayıcı bölgede bir patlama tehlikesi söz konusu olabilir. 6.3. Hata Akımının Cihazlara Etkileri Normal olmayan çalışma koşullarını oluşturan hata akımı, cihazlar için de sonuçta yangın tehlikesine varacak tehlikeli ısınmalar, verim kaybı, çalışması düzgün olmayan güvenilmez bir cihaz ve sonuçta bunun tamirini gerektirecek durum ortaya çıkacaktır. 7.) KORUMA YÖNTEMLERĐ 7.1. DĐREKT TEMASA KARŞI Yapısal (Konstrüktif) tedbirler alınır. Açıktaki trafo veya şalt (bağlama) tesislerinin engelleyici çit, parmaklık, duvar vs ile ayrılması, pano gibi dağıtım noktalarında açıkta olan canlı bölgelere el ile temasın engellenmesi 7.2. ENDĐREKT TEMASA KARŞI Tehlikeli Durum Önlenir Koruma Küçük gerilimleri kullanılır, Koruma yalıtımı (izolasyonu) yapılır Tehlikeli Durum Azaltılır Koruma ayırması yapılır, IT şebeke kullanılır, Hatalı Kısım Devreden Çıkartılır Burada şebekenin TT, TN veya IT yapıda olması ayrı ayrı irdelenmelidir. Topraklama ve Koruma iletkeni kullanmak şebeke türüne göre ayrı önem kazanır. Buna göre hata akımı yoluna seri bir koruma cihazı (sistemi);
Hata akımı arttırılarak kullanılır, Hata akımı kullanılır, Hata gerilimi kullanılır. 8. Koruma Küçük Gerilimleri Kullanılması Elektrik çarpılmalarına bağlı tehlikeleri önlemek için çok-düşük gerilim (ELV) kullanılan tesisler mevcuttur. Burada gerilim seviyesi AA olarak 50 Voltun (DC 120 Voltun) altındadır. 8.1. SELV : Safety ELV (Seperated ELV) : Güvenlik/Ayırma Küçük Gerilimi • •
daha yüksek gerilim taşıyan kısımlardan güvenli bir biçimde ayrılmışlardır topraktan ve diğer cihazlara ait koruma(topraklama) iletkeninden yalıtılmışlarıdır
SELV devresinde kullanılan trafolar yalıtılmıştır ve topraklamaları yoktur (IT Şebeke). Örnek : Sınıf II pil şarj cihazları 8.2. PELV : Protective ELV : Koruma Küçük Gerilimi SELV devresinden farkı koruma (topraklama) iletkenin olmasıdır PELV devresinde kullanılan trafolar da yalıtılmıştır ama topraklamaları mevcuttur (TN Şebeke). Örnek : Sınıf I güç kaynaklı bilgisayarlar. 8.3. FELV : Functional ELV : Fonksiyonal Küçük Gerilimi Tek özelliği devresinde ELV kullanılmasıdır. SELV ve PELV devrelerinden farkları; trafo izole sargılı olmayıp oto trafo olabilir veya gerilim bir yarı iletken devre yada potansiyometre ile düşürülmektedir. Koruma (topraklama) iletkeni vardır ve cihazlar da topraklanabilirler (TT Şebeke).
9. Koruma Yalıtımı (Đzolasyonu)
L1 L2 L3 N
Dış Yalıtım
1∼
Motor 3∼
Zemin
10. Koruma Ayırması 380/220 V R S T N
I=16 A Umax=220 V
I=16 A Umax=380 V
380/220 V
2 veya 3 kutuplu M
G
Zemin Yalıtımı Yalıtıcı
IYük Uşebeke =220 V
U =220 V
Yük
Toprak Koruma ayırmalı bir sistem, tekil bir yükü besliyor.
IYÜK Uşebeke =220 V
U =220 V
Yük
IHATA=0
1.Hata
Toprak
Birinci arıza durumu (faz iletkeni toprağa temas ediyor), ancak bir hata devresi oluşmadığından hata akımı akmıyor
IYÜK +IHATA Uşebeke =220 V
IYük
U =220 V
Yük
2.Hata Toprak
1.Hata
IHATA≠0
Birinci arıza durumuna ilaveten ikinci arıza durumu , böylece bir hata devresi oluşuyor ve hata akımı akıyor
11. IT Şebeke Şebeke türleri bölümünde anlatılan bu şebeke aslında koruma ayırmasının daha geniş bir uygulamasıdır. Cihazlar tek tek topraklanabilir veya bir koruma iletkenine bağlanabilir. Ve tüm sistem bir düşük empedans rölesi üzerinden kontrol edilir. Zira ikinci bir hata durumunda IT sistem ya TT ya da TN şebeke haline dönmektedir. 12. Hata Akımı Arttırılarak Hatalı Kısmın Devreden Çıkartılması Topraklama veya Koruma Đletkeni kullanılarak oluşacak bir hata akımı arttırılırak, aşırı akım cihazları (eriyen telli veya otomatik sigorta, aşırı akım rölesi vs) ile devreyi kesilir. R S T N
Topraklama Đletkeni
Ro
RG
Geçiş Dirençleri
Toprak
R S T N PE
Koruma Đletkeni
RG Ro Toprak
Geçiş Dirençleri
Tablo 12. Sigortaların 5s ve 0,4 s lik açma sürelerine karşılık gelen açma akımları
Alçak Gerilim gL, gG, gM sigortaları In (A) 2 4 6 10 16 20 25 32 35 40 50 63 80 100 125 160
In (A) 5s 9,5 19 28 48 70 86 115 150 173 200 250 330 430 580 715 950
In (A) 0,4 s 17 32 50 80 120 150 210 250 267 300 460 610 800 1050 1300 1800
12. Hata akımını kendisinden faydalanılarak Hatalı Kısmın Devreden Çıkartılması Hata akımını kendisinden faydalanılarak, Artık Akım Đlkesi çalışan "Kaçak Akım Röleleri" Kullanılır.
R S T N Kaçak Akım Rölesi
KAR
Topraklama RG
Geçiş Dirençleri
KAR
Topraklama
Ro Toprak
Yukarıdaki şekilde TT şebeke için aşağıdaki şekilde ise TN şebeke için Kaçak Akım Rölesi bağlantı şemaları görülmektedir.
R S T N PE Kaçak Akım Rölesi
KAR Koruma Đletkeni
RG
KAR
Geçiş Dirençleri
Ro Toprak
Kaçak Akım Röleleri "Artık Akım" prensibi ile çalıştıklarından dolayı hatalı bağlantı yapılması durumunda çalışmayacaklardır !
R S T PEN Kaçak Akım Rölesi
KAR
KAR Koruma Đletkeni DOĞRU
RG
Koruma Đletkeni HATALI
Geçiş Dirençleri
Ro Toprak
Çeşitli Elektrikli cihazlarda saptanan normal izolasyon akımı mertebeleri Elektrikli Saç Kurutucusu Elektrikli Daldırma Isıtıcı Elektrikli Izgara Elektrikli Ocak Bilgisayar , Yazıcı Fotokopi, Faks
0,5 mA 1 mA 5 mA 10 mA 1 – 2 mA 0,5 – 1 mA
Akım Yolu direnci R=
50 V = 1667 Ω 0,03 A
30 mA lik insan hayatı koruma röleleri (0,2 s açma) için
R=
50 V = 166,7 Ω 0,3 A
300 mA lik Yangına karşı koruma röleleri (0,2 s açma) için
R=
50 V = 1Ω 50 A
6 A lik sigorta (50 A akımda 0,4 s açma için)
R=
50 V = 0,2 Ω 250 A
32 A lik sigorta (250 A akımda 0,4 s açma için)
Elektromekanik Röleli Kaçak Akım Cihazı Cihaz herhangi bir yardımcı güç kaynağına gerek olmadan çalışır. Toroid tarafından sağlanan enerji, hareketli kısmı sabit bir mıknatıs tarafından kapalı konumda tutulan bir elektromıknatısa enerji sağlar. Kaçak akım enerjisi açma işleminin doğrudan bir nedenidir. Hata kaynağı ne olursa olsun çalışması nedeniyle bu, en güvenilir teknolojidir.
Elektronik Röleli Kaçak Akım Cihazı Cihaz yardımcı bir güç kaynağı ile birlikte çalışır. Toroid tarafından sağlanan elektrik enerjisi, elektronik panel tarafından güçlendirilir. Buna karşılık şebeke gerilimine bağımlı bir kaynak tarafından beslenmiş olur. Arıza tespiti kesicinin açmasına neden olur. Bu cihazlar tamamen bağımsız olabilir veya kesicinin içine monte edilebilir. Üstün ayar dinamikleri beslemenin sürekliliğini sağlar. Güç değeri ne olursa olsun bütün besleme türlerinde kullanılabilen bir çözümdür.
Kaynak :
http://www.merlin-gerin.com.tr/mg_tr/ftp/bt/elp/earthleakage_catalogue_tr.pdf
Sigortalar,elektrik besleme hatlarını ve elektrikle çalışan cihazları aşırı yüklere ve kısa devre akımlarına ,bunları kullanan insanları ve kullandıkları işletmeleri de h,muhtemel kazalara karşı korumak amacıyla kullanılan elemanlardır. Sigorta , akım devresine seri bağlanır ve üzerinden anma akımından fazla akım geçtiğinde,standartlarca belirlenen sürede devreyi açar. SĐGORTA ÇEŞĐTLERĐ: Sigortalar yapıları bakımından şu şekilde sınıflandırılır. 1-Buşonlu sigortalar 2-Bıçaklı ( NH) sigortalar 3-Küçük akım sigortaları ( Cam sigortalar) 4-Fişli sigortalar 5-Yüksek gerilim sigortaları 6-otomatik sigortalar Eriyen Telli Sigortalar
Buşonlu Bu sigorta bir gövde ve kapaktan meydana gelir. Gövdeye geçecek akım seviyesine göre, iletken tel veya silisyumlu kum konur. Kumun görevi herhangi bir kısa devre anında, sigorta atması sonucu hasıl olan, elektrik arkını söndürmektir. Bunlar ev ve küçük işletmelerde kullanılırlar. Bu sigortalar kullanılacağı yerlere göre özel şekillerde yapılır. Umumiyetle yalıtkan olan cam ve porselen bir gövde ve bu gövdenin uca doğru incelen baş tarafında iletken metal ve ekseri düz olan tarafında da iletken bir metal bulunur. Bu iletken metaller belli bir akıma kadar dayanacak bir tel ile birleştirilir. Bu tel cihazı tahrip edecek şekilde akım seviyesi yükseldiği zaman, eriyerek akımı keser, bu sigortalarda dar uç ne kadar ince olursa, aşırı akımı önleme hassasiyeti de o derece fazla olur. Sigorta gövdesinin iki ucu arasındaki uzaklık, ark yapmayı önleyecek şekilde uzun yapılmalıdır. Çünkü iki uc aralığı az olursa tel eriyince ark yaparak akım geçmeye devam eder. Bunu önlemek için de sigortanın kullanılacağı yere göre, iki uç arası uzun kıvrımlı ve çeşitli şekillerde yapılabilir. Bunlar ekseri fabrikalarda hazır yapılırlar. BUŞONLU SĐGORTALAR Buşonlu sigortalar,Gövde,Gövde Kapağı, Buşon ,Buşon kapağı olmak üzere kısımdan meydana gelir
GÖVDE Dip kontak,üst kontak ve viskontak olmak üzere üç kısımdan meydana gelir. BUŞON Sigortanın eriyen tellerini taşıyan ve sigortanın bağlı olduğu devrenin enerjisini keserek tekrar devreye girmesi için yenisi ile değiştirilmesi gereken kısımdır. Buşonlar,belirli akım değerleri için yapılırlar ve bu değerler üzerinde yazılıdır. Devreden ve dolayısıyla buşon üzerinden,yazılı değerlerin üzerinde akım geçtiğinde eriyerek devreyi açar. Buşon; Buşon gövdesi, Buşon iletkeni,kuvartz kumu,Alt ve üst kapaklar ve sinyalpulundan meydana gelir. BUŞON KAPAĞI Dış kısmı porselenden,iç kısmı prinçten yapılan buşon kapağının,iç kısmında bulunan boşluğa buşon konulur ve gövdeye vidalanarak tutturulur. Buşonlu sigortalar kullanma yerlerine:Duvar Tipi,Tablo Tipi,Kofre Tipi,Şapkalı ( Hava hattı),Kolon sigortalar olmak üzere beş değişik şekilde imal edilir.
Diazed Fuses, commonly called "Bottle" Fuses, are available in five sizes, ND to 25 Amps, DII to 25 Amps, DIII to 63 Amps, DIV* to 100 Amps and DV * to 200 Amps. Fuse accessories are sized to match these five sizes. Each size fuse body has a different diameter to fit only into the appropriate Screw Cap and Fuse Base. Also, the fuse tips have different diameters, depending on their current rating. The diameter of the tip matches the diameter of the hole in the Adapter Screw to insure that no fuse with a higher rating than intended for the circuit can be installed. This prevents damage to the circuit or equipment the fuse protects. Additionally, fuses and Adapter Screws are color coded to avoid mismatching; for example: 10 Amp Diazed fuses have red pop-out indicators on their head, matching the red ring of the 10 Amp Adapter Screw. When a Diazed fuse has blown, the color coded indicator on the head of the fuse will pop out, giving visible indication through a glass window in the Screw Cap. The Fuse is held in place by the Screw Cap, which is screwed into the Fuse Base. Diazed Fuse Bases are available in one and three pole designs. Fuse Bases can be panel mounted or snapped onto a standard 35mm DIN rail. Operating Classes gL/gG - Slow Blow Protect cable and conductors from damage due to overloads and short circuits. Typical Markings.-'T', Trage, gl/gG, snail symbol - Fast Blow Fast Blow fuses are typically used to protect equipment. Typical Markings.- "F, Flink, (the absence of the snail symbol) gR - Super Fast Blow Typically used for protecting semiconductors like diodes, SCRS, etc. Current limiting.
Typical Markings.- UtraRapid ™, Silzed ™, Recticur™, gR,
Bıçaklı Vidalanabilen tipteki sigortalarda 100 amperden büyük değerli buşonlar,kullanma zorluğu nedeniyle ve teknik bakımdan kullanılmamaktadır. Bunun yerine,büyük değerdeki akımları kesmek için Bıçaklı sigorta veya NH sigorta denilen buşon kontakları bıçak şeklinde yapılmış sigortalar kullanılır.
NH fuses are typically used for distribution applications and to large electrical devices such as motors, drives, etc. They are available in seven sizes with a current range of 3 to 1600 Amps. NH fuses have knife blades at both ends , which mount into one or three pole Fuse Bases. Fuse Bases can be panel or DIN rail mounted.
Operating Classes gL/gG - Line Protection Slow, typically used for distribution circuits or resistive loads. Typical Markings: gl/gG aM - Motor Protection Fast acting short circuit protection, but slow acting overload protection. Typical Markings: aM aR - Semiconductor Protection Partial range, short circuit protection for devices such as diodes, SCRS, etc. Typical Markings: Ultra Rapid ™, Silcu ™, Sitor ™, Recticur ™,Protistor ™, aR,
gR - Semiconductor Protection Full range overload and short circuit protection for devices such as diodes, SCRS, etc. Typical Markings: Ultra Rapid ™, Silcu ™, Sitor ™, Recticur ™, Protistor ™, gR,
http://www.mnpmem.gov.tr/kumanda/Asiriakim.htm
2.AŞIRI AKIM RÖLELERĐ: Asenkron motorların nominal çekmesi gereken akımın üstünde akım çekmeleri halinde motorun devre dışı kalması istenir.Aşırı akım röleleri devreye seri bağlandıkları için motora giden enerjiyi keserek motorun yanmasına mani olurlar. Asenkron motorun çalışması esnasında kısa bir süre için motor akımı normal değerin üzerine çıkarsa bu aşırı akım motora zarar vermez.Aşırı akımın motordan sürekli olarak geçmesi sargıların yanmasına neden olur.Çünkü sürekli geçen aşırı akım motor sargıların ısısını arttırır ve motor sargılarını yakar. Aşırı akım rölesinin açılan kontağını tekrar eski haline getirmek için röle üzerinde bulunan reset(kurma) butonuna basılarak röle tekrar kurulur.Böylece motorlara tekrar yol verilebilir.1 fazlı A.A ve D.A. motor devrelerinde aşırı akım rölesi yalnızca faz hattına bağlanır.3 fazlı devrelerde ise genellikle her faza bir aşırı akım rölesi bağlanır.Aşırı akım rölelerinde akım ayarı üzerinde bulunan ayar vidası ile yapılır.Aşırı akım röleleri manyetik aşırı akım rölesi ve termik aşırı akım rölesi olmak üzere iki çeşittir. A-Manyetik aşırı akım rölesi: Manyetik aşırı akım rölesi beklemeksizin devreyi açarak motoru korur.Motorun çektiği akımın meydana getirdiği manyetik alan etkisi ile çalışır.Manyetik aşırı akım rölesi elektromıknatıs,kontaklar ve geciktirici elaman olmak üzere üç kısımdan meydana gelir.
Şekil 4: Manyetik aşırı akım rölesinin yapısı ve devreye bağlantısı
Elektromıknatıs bobini güç devresinde motora seri olarak bağlanır.Rölenin normalde kapalı kontağı(95-96)ise kumanda devresi girişine seri olarak bağlanır.Röle bobininden normal değerinin üstünde bir akım geçmesi halinde bobin demir nüveyi yukarı doğru çeker.Silindir içerisinde bulunan yağ nedeniyle pistonun hareketi yavaş olur.Dolayısıyla rölenin kontağı hemen açılmaz.Eğer bobinden geçen aşırı akım normal değerine düşmezse kısa sürede kontak açılarak motoru korumuş olur.Đleriki konumuzda anlatacağımız termik röleyle manyetik röle arasında fark vardır.Termik rölenin akım zaman değişimi hiperbolik bir eğri şeklinde olup,manyetik röleninki ise ani düşüş gösteren stabil bir eğri şeklindedir.Bu duruma göre kısa devre gibi çok aşırı akımların meydana gelmesi halinde manyetik röle çok kısa bir zamanda devreyi açar.Aşırı akımlarda ise termik röle belirli bir zaman bekleyerek devreyi açar.Elektromanyetik ani açan röleler 20 ms’de devreyi kesen çok hızlı tipte veya 100-500 ms’de devreyi kesen ;hızlı tipte olmak üzere iki türde imal edilirler.
B-Termik aşırı akım röleleri : Aşırı akımlarda ısınıp, devreyi geciktirerek açan aşırı akım rölelerine termik aşırı akım rölesi adı verilir.Motor devrelerinde başlıca üç türlü arıza meydana gelir.Bunlar aşırı yüklenme, rotorun bloke olması ve motor devresinde herhangi bir nedenle kısa devrenin meydana gelmesidir.Rotorun bloke olması veya aşırı yüklenme durumunda motoru korumak için termik röleler kullanıl ır.Kısa devre durumlarında ise manyetik röleler veya sigortalar koruma görevini üstlenirler.Bimetal elamanlı ve ergiyici alaşımlı olmak üzere iki şekilde yapılırlar.
1.Bimetal elamanlı termik aşırı akım rölesi: Sıcaklıkla uzama katsayıları farklı iki metalin birbiri ile perçinlenmesiyle meydana gelen elamana bimetal eleman denir.Bimetal elaman ısındığında uzama katsayısı fazla olan metal,uzama katsayısı az olan metalin üzerine doğru bükülür.Bunun sonucunda bimetal elamana bağlı olan kontaklarda durum değişir. Bimetal elamanlı termik aşırı akım rölesi iki şekilde yapılmaktadır. a)Direk ısıtmalı termik aşırı akım rölesi : Büyük güçlü motor devrelerinde kullanılır.Motor akımı direk olarak bimetal eleman üzerinden geçer.Bimetal elemanın eğilmesine ve kontağın açılmasına neden olan ısı bimetal elemanın içinde doğar.Büyük güçlü motor devrelerinde bimetal elamanı çok büyük olacağından kullanışlı olmaz.Bu nedenle termik aşırı akım rölesi bir akım trafosuyla veya şönt dirençle kullanılır.
aşırı akım rölesinin yapısı ve devreye bağlantısı. Şekil 5: Direkt ısıtmalı termik b)Endirekt ısıtmalı termik aşırı akım rölesi : Bu tip aşırı akım röleleri, ısıtıcı,bimetal elaman ve kontak olmak üzere üç kısımdan oluşur.Isıtıcı devreye seri bağlandığından üzerinden motor akımı geçer.Motor aşırı akımı sürekli olarak çekerse , ısıtıcıdan geçen bu akım bimetal elamanın ısınarak sağa doğru eğilmesine yol açar.Bimetal elamana bağlı olan kapalı kontak açılır.Açılan kontak kontaktörün dolayısıyla
motorun enerjisini keserek,motoru yanmaktan kurtarır.Kısa süreli akımlarda ısıtıcıdan geçen akım bimetali ısıtacak fırsatı bulamaz ve bimetal eğrilmez.Böylece kısa süreli akım dalgalanmalarında aşırı akım rölesinin gecikmesi sağlanır. Genellikle küçük güçlü motorlarda kullanılır.
Şekil 6: Endirekt ısıtmalı termik
aşırı akım rölesinin yapısı ve devreye bağlantısı.
b)Ergiyici alaşımlı termik aşırı akım röleleri: Bu aşırı akım rölelerinde, ısıtıcı,küçük bir tüp ve kontak bulunur.Isıtıcı elamanın sarıldığı tüpün içinde ısındığı zaman serbestçe dönebilen ikinci bir tüp daha vardır.Đki tüpün arasında düşük sıcaklıkta ergiyen bir alaşım vardır.Ergiyici alaşım akım normal durumda iken iki tüpü birbirine bağlar. Aşırı akımda alaşım eriyerek ,yay ve dişliye mekanik olarak bağlanan iç tüp dönerek kapalı kontağı açar. Açılan kontak kontaktörü ve motoru devre dışı bırakır.Bu aşırı akım rölelerinde akım ayarı yapılmaz.
Şekil 7: Ergiyici alaşımlı termik aşırı akım rölesi
Termik rölelerin açma karakteristik eğrileri: Termik rölelerin üzerlerinden geçen akımın değişmesine göre devreyi açma karakteristik eğrileri hiperboliktir.Şekilde termik röleye ait grafikler görülmektedir.Bu eğrilerden anlaşılacağı gibi termik rölenin fonksiyonu sigortaya benzer.Ancak sigortalarda ayarlama imkanı yoktur.Halbuki bir termik rölenin akımı;ayar sınırları içinde istenilen değerlere ayarlanabilir.
Şekil 8 A.C. ve D.C. motorlar için termik röle seçimi: Motor devrelerinde termik rölenin seçimi motorun emniyetli çalışabilmesi için büyük bir önem taşır.Çeşitli güçteki asenkron motorlara direk yolverme ve yıldız-üçgen olarak yol vermeye ait termik röle seçimlerini gösteren cetveller mevcuttur.(Örneğin kontaktörler bahsindeki 1999
Federal marka gibi,Siemens Merlin Gerin v.b.) Motorların direk olarak çalıştırılmasında termik rölenin seçimine esas olan faktör motorun çektiği anma akımıdır.Termik rölenin ayar sınırları bu sınırlar arasından seçilir.Motorların yıldız-üçgen yol vermesinde çeşitli yol verme durumları mevcuttur. Motorun normal yol alması(Motor en çok 15 saniyede yol alır.),çok yavaş yol alması(Motor 40 saniyeden fazla zamanda yol alır.) ve iki yönlü yol alması halinde termik röleden geçen akım anma akımının 0,58 katıdır.(Ith=0,58xIa) Şayet motorun yavaş yol alması halinde(Motor 15-40 saniye arasında yol alır.) Termik röleden geçen akım anma akımına eşittir.(Ith=IxIa) Doğru akım motorlarına Türk standardı kalite belgesi ve uluslar arası standartlar VDE 0660, IEC 947-3 göre yol vermek mümkündür.Bunları şu şekilde sıralamak mümkündür. 1.Yarım yükle yol verme: Ith=0,65-0,70 x Ia 2.Tam yükle yol verme: Ith= 01,3-1,5 x Ia 3.Aşırı yükte yol verme: Ith=1,7-2 x Ia
3.ELEKTRONĐK MOTOR KORUMA RÖLELERĐ: Koruma röleleri bir devredeki elektriksel büyüklüklerden birisini sürekli olarak kontrol eden ve bu büyüklükte anormal bir değişiklik olduğu zaman devreyi koruyan elamanlarıdır. Asenkron motorlar çeşitli nedenlerle arızalanabilir:Bunların başlıcaları şunlardır: 1.Rulmanların mekanik arızası 2.Rotorun kilitlenmesi(Bloke olması) 3.Düşük/yüksek gerilim 4.Aşırı yük 5.Faz kaybı 6.Aşırı ısınma 7.Yetersiz havalandırma(Soğutma) 8.Uygun olmayan bir koruma sistemi veya koruma sisteminin yanlış ayarlanması
Günümüzde,termik bimetalik aşırı yük röleli şalterli korumaların,fiyatları düşük olmasının yanında gerçekte güvenilir bir koruma sağlamadığı artık büyük ölçüde kabul edilmiştir.Bu sorunu çözmek için çeşitli firmalar etkin koruma sağlayan elektronik koruyucu röle geliştirilmiştir. Motor koruma röleleri aşağıdakileri sağlar.(Örnek fanox marka) 1.Aşırı akım 2.Asimetri ve faz kaybı 3.Motor içinde aşırı ısınma 4.Faz sırası
G- Modeli elektronik koruma rölesinin fonksiyonları: 1.Simetrik aşırı akım koruması: Elektronik koruma röleleri, motoru kullanıcı tarafından belirlenen değerin üstüne çıkan her türlü akım artışından korur.IEC Standardı 255’e göre belirtilen Ib akım değeri, motorun nominal akımı In ile aynı olmalıdır.Bu durumda röle,1.10 x In’de açmaya başlayacaktır.IEC 947 motor koruma açma sınıfı 10 A(5)-10-20 ve30’a mukabil 6 x Ib’de 2-37 saniye arasında çalışmaya başlama sürelerine izin verir. 2.Asimetri ve faz kaybına karşı koruma: Asimetri % 40’dan büyük olduğunda veya tek faz olduğunda (%100 asimetri) röle motor yüksüz çalışırken bile,motorun herhangi bir çalışma akımında,bir saniye içinde açar. 3.PTC sensörü aracılığıyla termistör aşırı ısı koruması: Korunacak cihazın içinde yer alan termistör (PTC) aşırı ısınma sensörü belirlenen yanıt ısısına ulaşırsa,röle açar ve motor durur.Bu durumda ısı belirlenen dereceye ininceye dek sıfırlanmaz.Aynı şekilde termistör sensörünün bir teli koparsa,röle yine açacak ve arıza giderilene dek sıfırlanamayacaktır.Termistör sensörü kullanılmadığında T1 ve T2 kontakları bir telle köprülenmelidir. 4.Gerilim beslemesindeki bir arızaya karşı koruma: Gerilim düşmesi(Kontrol voltajı beslemesinde) veya tel kopması halinde, yardımcı kontaklar değişecek ve motoru durduracaktır.(N.O kontağı açık ve N.C kontağı kapalı konumdadır.)
Koruma rölelerinin açma eğrileri Koruma röleleri açma eğrileri (Soğuk durumda) (0.9 x Ib ile yüklendikten sonra)
Şekil 9 K=1.10+ % 5,20 C Her bir ºC için,termik sapma % -0.2’dir. K-IEC 255-8 Standardına göre akımın hesaplanması için temel akımın çarpıldığı katsayıdır.(Fanox katalogu)
Koruma rölesine ait devre şeması:
Şekil 10
4.ÜÇ FAZLI GERĐLĐM KONTROL RÖLESĐ(AŞIRI VE DÜŞÜK GERĐLĐM) Üç fazlı asenkron motorlar + %10’luk gerilim değişmelerinde normal olarak çalışırlar.Ancak gerilim daha fazla düşer ya da yükselirse gerilime bağlı olarak momentte düşeceğinden fazla akım çekerler.Fazla akım çekmeleri motor sargılarının ısınmasına ve motorun yanmasına neden olur.Bu röleler ayrıca aşırı ve düşük gerilimden etkilenen elektronik kumanda elemanlarının ve kompanzasyon sistemlerinin korunmasında
kullanılırlar.Cihaz doğrudan şebekeye bağlanarak üzerindeki ayar kademesinden gerilim alt ve üst sınır ayarlanır. Şebeke geriliminin bu sınırları aşması halinde röle devreyi hızla açar.Gerilim normale döndüğünde röle kendisini kurar.(Reset) Örnek:Fanox’un üç fazlı gerilim kontrol rölesi: Alt sınır Üst sınır U3-230 200-230 V A.C. 230-260 V A.C. U3-400 340-400 V A.C. 400-460 V A.C. U3-440 380-440 V A.C. 440-500 V A.C. Not:Rölenin kullanımı için maksimumu ve minimum ayarların birbirinden farklı olması önemlidir.Aralarındaki fark maksimumu değerin %10’kadar olması verimi artıracaktır. Rölenin özellikleri : 1.Röle, nötrsüz üç fazlı ünitelerin fazlar arası gerilimlerini kontrol ederken aynı zamanda değerlerin daha önce belirlenen değerler arasında olmasını sağlar. 2.Faz hatalarını tespit eder. 3.Faz sıralamasından bağımsız çalışır. 4.Maximum ve minimum değerler bağımsız şekilde ayarlanır. 5.Ayarlanabilir geciktirme süresi sağlar.Bağlantıyı kesme gecikmesi 0,1 sn.den (Tüm anahtarlar kapalı iken)3,7 saniyeye kadardır.(+ 20 %) 5.FAZ HATALARI,DENGESĐZLĐLER VE FAZ SIRASI RÖLELERĐ : Bu rölelerde f az hatalarına karşı koruma ve faz sırasına karşı koruma mevcuttur.Bazı firmalar bu işlemler için ayrı ayrı modeller geliştirmişlerdir.(Entes,Đnter,Emtaş) Burada faz koruma rölelerinin başlıca üç görevi mevcuttur. a)Motorun bir fazının kesilerek iki faza kalması durumunda devreyi açar. b)Her üç fazında mevcut olduğu halde,fazlardan birisinin normal gerilimin % 10 altına düşmesi halinde veya % 10 yükselmesi durumunda devreyi açar.
c)Faz kesilme rölesinin termistör ünitesine motor sargılarına yerleştirilen P.T.C. termistör uçlarının bağlanması sonucunda motor sargı ısısının 110 ºC nin üzerine çıkması durumunda devreyi açar ve motoru yanmaktan kurtarır.
Burada faz sırası(F.S.R.)rölesinin görevlerini şu şekilde açıklayabiliriz. Trafo ve enerji nakil hatlarında yapılan arıza ve bakım sonunda faz sıraları yanlışlıkla değişebilir.Faz sırasının değişmesi motorun ters yönde dönmesi demektir.Bazı makinelerde motorun ters yönde dönmesi büyük arızalara yol açabilir.Örneğin asansörlerde,pompa sistemlerinde ve hava kompresörlerinde motorun hiçbir zaman ters yönde dönmemesi istenir.Faz sırasının herhangi bir şekilde değişmesi durumunda F.S.R.devreyi açarak motorun çalışmasını engeller.Motor ancak faz sırası doğru olduğunda çalışır. Örnek:Fanox’un faz hataları, dengesizlikleri ve faz sırası rölesi Nominal gerilim Kullanım değeri S2-------------------------- 3x230 V A.C. 200-260 V A.C. S3 -------------------------- 3x400 V A.C. 340-460 V A.C. Rölenin Özellikleri: 1.Girişten düzenleyiciye kadar olan kısımda ,fazlar arası % 10’a varan dengesizlikleri düzenler. 2.Omajlı yüklere bağlandıkta sonra ,herhangi bir faz kaybını tespit eder.Üç fazlı indüksiyonlu elektrik motorlarına bağlandıktan sonra,motor tarafından yaratılan gerilim ana gerilimin % 60’ından az olmak şartıyla faz kaybını tespit eder. 3.Faz sırası yanlış ise,röle anında tespit eder. 4.Röle 0,5 saniyede devreyi açar. 5.Tekrar bağlantıyı engellemeden otomatik olarak dereyi sıfırlar. 6.1 anahtarlama kontağı,normalde açık(11-14) ve normalde kapalı(11-12) röle boşta iken bulunur. 7.Maximum gücü 3A-250 V A.C. 8.Maximum terminal akımı 5A’dir
9.Beslendiği üç fazlı gerilimi kontrol altında tutar. 10.50/60 Hz frekans 11.Maximum terminal bağlantı kesiti 2,5 mm2 Bir sonraki model olan termistör monitörlü (PTC ĐLE )faz sırası ve faz hatası rölesi diğer modelden farklı olarak PTC sensör girişi mevcuttur.PTC motor ısısına bağlı olarak çalışır.Açma süresi 0,05 saniyedir.
SEKONDER KORUMA 1_Ölçme Trafoları (Akım Trafosu / Gerilim Trafosu) 2_Sekonder Röleler 3_Anahtarlama Elemanları (Kesiciler / Ayırıcılar) 2_RÖLELER A- AKIM RÖLELERİ (AR) A1-Düşük Akım Rölesi A2-Aşırı Akım Rölesi (AAR) Sabit zamanlı-Ters zamanlı-Yönsüz-Yönlü B- DİFERANSİYEL RÖLE (DR) B1- Bağımsız DR -a-Trafo DR -b-Motor-Generatör DR -c-Bara DR B2- Bağımlı (Pilot Hatlı) DR C- EMPEDANS RÖLELERİ (Mesafe rölesi) D-GERİLİM RÖLELERİ D1-Düşük Gerlim Rölesi D2-Aşırı Gerilim Rölesi D3-Ters Faz (FazSırası) Rölesi E- GÜÇ RÖLELERİ Frekans Rölesi-Güç Adası Rölesi
1_Ölçme Trafoları (Akım Trafosu / Gerilim Trafosu) Akım Trafoları
1.1.
IP / I S
IHAT
i
IP / I S
Faz İletkeni
i A
A
AT larının sekonderlerine Ampermetre veya cihazların “Akım Bobinleri” bağlanır. AT Sekonderi kesinlikle açık devre edilmemelidir ! AT larının temel görevleri : Hat akımını küçültmek Gerilim İzolayonu sağlamak Standart ölçü cihazı yapımını sağlamak AT larının bazı temel büyüklükleri : Devamlı yük akımı Kısa devre termik akımı Kısa devre dinamik akımı
: 1,2 IN : Ith=100 IN : Idyn=250 IN
AT Çevirme Oranı : IP IS
kA
: 5 – 10 – 15 – 20 – 25 …. 50 …. 75 …. 100 …. 250 …. 500 …. 1000 ….2000 (A) : 5 (A) (Özel imalat IS : 1 A)
IP IS
i
I HAT kA
Örnek : Hat akımı 85 A akım trafosu k A akım i
IHAT 85 4.5A olarak ölçülür. kA 20
100 20 seçilmiş ise, Ampermetreden geçen 5
AT Sekonder Gücü : Sekondere bağlanacak kablo ve cihazların gücünü karşılamak. 2,5 - 5 – 10 - 15 - 30 VA AT Sınıfı : 0.1 - 0.2 – 0.5 – 1 - 3 -5
% hata 100
k N .IS IP IP
AT Ölçme/Koruma Amaçlı Kullanımı :
Aşırı Akım Rölesi ile İletim Hatlarının Korunması
A
KESİCİ
I1
A
AT Hat
Açma Kumandası
i1 AAR
Yük Modeli
Eşdeğer Kaynak
0,1 s Yük
Tek Taraftan Beslenen Hat
A
0,5 s
B
C
0,4 s
D
0,3 s
0,1 s
E
0,2 s
0,1 s
0,1 s
0,1 s
0,1 s
tmin=0,1 s , t=0,1 s Sorun : Zaman koordinasyonu sonucunda, en büyük arıza akımlarının olduğu bölgede (A-B arası) en büyük açma zamanı karşılık düşmektedir.
Çift Taraftan Beslenen Hat
A
B
C
D
E
Önce A barasından besleme varsayımı ile
A
B 0,5 s
C 0,4 s 0,1 s
D 0,3 s 0,1 s
E 0,2 s 0,1 s
Sonra B barasından besleme varsayımı ile
A
B
C
0,2 s
D
0,3 s
E
0,4 s
0,1 s
0,5 s
0,1 s
0,1 s
İki durum birleştirilerek zaman koordinasyonu sağlanır.
A
B 0,2 s
0,5 s
C 0,4 s
0,3 s
D 0,4 s
0,3 s
0,1 s
0,1 s
E 0,2 s
0,5 s
0,1 s
Yön koordinasyonu için de
A 0,5 s
0,2 s B 0,4 s
0,3 s C 0,3 s
0,1 s
0,4 s D 0,2 s
0,1 s
0,5 s E
0,1 s
: Aşırı Akım Rölesi (AAR) veya
: Yönlü AAR
DİFERANSİYEL RÖLE Temel Bağlantı Kesici
Açma Kumandası
I1
Korunan Sargı
i1
I2
Faz İletkeni
i2 D.R. | i1-i2 |
Büyük güçlü (S>100 MVA) Generatör, Motor, Trafo, Bara, Reaktör, İletim Hattı
korunmasında arızalara karşı en etkili ve hassas koruma şekillerinden biridir. 1- Generatör/Motor Koruması Generatör
IF1 , IF2
IF2 F1
F2
i1
i2 D.R. | i1-i2 |
i1S
kA1
I2P
N1: N2
I1P
V1
V2
D.R. | i1-i2 |
kA2
i2S
BR
V1
V2
D.R.
D.R.
Mesafe koruma röleleri özellikle dağıtım şebekelerinde, özellikle 10 km ve üzeri hatlarda tercih edilmektedirler. Mesafe koruma algoritmaları diferansiyel koruma kadar olmasa bile, diferansiyel koruma algoritmasından sonra en hızlı çalışan algoritmadır. Bu nedenle mesafe koruma röleleri "hat diferansiyel koruma ile birlikte kullanılan yön karşılaştırmalı blokaj düzeni" opsiyonu yerine kullanılmaktadırlar. GOSB' da mesafe koruma rölelerinin, kısa hatlarda çeşitli blokaj düzenekleri oluşturarak hızlı ve selektif açma özelliğinden yararlanılmış ve daha önce İzmir Atatürk OSB' de uygulamış olduğumuz "hat diferansiyel röle+yönlü blokajlı röle" opsiyonuna alternatif olarak bu koruma düzeni uygun görülmüştür. Ekonomik olarak bakıldığında her iki sistemin de maliyeti birbirleriyle aşağı yukarı aynı seviyelerdedir. Sistemlerden birinde iki röle kullanılarak donanım yedeği oluşturulmakta, diğerinde ise donanım yedeği olarak karşı istasyondaki röle kullanılmaktadır. Mesafe koruma röleleri içerisinde aynı zamanda, yüksek dirençli toprak arızaları için ters zamanlı yönlü koruma elemanı da opsiyonel olarak kullanılabilir. Şekil 1'de sistemin prensip şeması gösterilmiştir.
Şekil 1. Mesafe koruma prensibi Kısaca çalışma prensibine bakacak olursak mesafe koruma, hattın sağlıklı çalışma koşullarındaki empedansı ile arıza durumundaki empedansın birbirinden farklı olması gerçeğine dayalı olarak çalışır. Bu nedenle empedans koruma olarak da adlandırılır. Mesafe koruma röleleri parametrelenirken hattın %85'i birinci bölge olarak ayarlanır ve bu bölgede
görülen arızalar için gecikmesiz olarak açma uygulanır. Burada geri kalan %15'lik kısımdaki arızalar ikinci bölge olacağından 300-350 ms.'lik gecikme süresi sonrasında açma komutu üretecektir. Ancak kısa hatlarda çeşitli hızlandırma veya blokaj düzenekleri kullanıldığından böyle bir gecikme söz konusu değildir. Şekil 2'de örnek bir OG ring hat üzerinde mesafe koruma röleleri tele-protection opsiyonu ile prensip olarak gösterilmiştir.
Şekil 2. OG Ring hattı ve mesafe koruma uygulaması Bu koruma sisteminde özetle:
Sınırsız sayıda Trafo Merkezi olabilir. Hat diferansiyel korumadan sonra en Hızlı Koruma sistemidir. Hat diferansiyel korumadan sonra en Selektif koruma sistemidir. Bara arızalarında zone dışı değildir, daima koruma yapar. Diğer istasyon röleleri back-up görevi yapar. Kısa hatlarda tele-protection gerekir (PUTT, POTT vb.)
Dikkat edilmesi gereken önemli bir nokta da mesafe koruma rölelerinde ayarlanabilecek minimum mesafenin hesaplanmasıdır. Bu mesafe aşağıdaki formül ile hesaplanır:
Örneğin: SIEMENS röleler için ayarlanabilecek minimum sekonder empedans: 1A röleler için: 0,1? 5A röleler için: 0,5? alınarak sistemde korunabilecek minimum mesafe hesaplanır. 1A için Akım trafosu oranı : 400A/1A Gerilim trafosu oranı : 36kV/0,1 kV olan bir sistemde korunabilecek minimum mesafe: Zp = 0,1 ? ? 360/400 = 0,09 ? ? 400-450 m 5A için Akım trafosu oranı : 400A/5A Gerilim trafosu oranı : 36kV/0,1 kV olan bir sistemde korunabilecek minimum mesafe: Zp = 0,5 ? ? 360/80 = 2,25 ? ? 10000-11000 m elde edilir. Bu nedenle OG sistemlerde mesafe koruma uygulaması kullanılacaksa korunacak mesafeler çok kısa olacağından muhakkak suretle ring giriş ve çıkışlarındaki akım trafoları 1A seçilmelidir.
IP / I S
IP / I S
A
A
i
A
B
C
F
D
E
VA VB
VE VC
VD
IE
IA
ZA
ZB
ZC
ZD
ZE
Halkalamalar % 100 Halkalamalar % 85
Röle elemanları AAR Zaman Yön Z ölçme Zaman koordinasyonu tek çift
