Yönlü Koruma Rölesi, özellikle fazlar arasında bir #kısadevre veya bir #topraklama arızası (tek faz arızası) durumunda, #güç akış yönünün değişebileceği tüm şebeke parçalarında sıklıkla kullanılır. Yönlü koruma, #aşırıakım korumanın tamamlayıcısıdır ve yukarıda belirtilen durumlarda hatalı #şebeke bölümünün iyi bir şekilde ayırt edilmesini sağlar.
#Aktif veya #reaktif güç #koruma ekipmanı, kısa devreden kaynaklanan #anormal güç akışını #tespit etmek için kullanılır. (Örneğin, ana taşıyıcının arızalanması durumunda, bir #jeneratör sistemden güç çekerek #senkron #motor olarak çalışmaya devam edecektir.)
Bir güç değerini ölçmek veya akımın ölçüldüğü noktanın yukarısındaki veya aşağısındaki bir arızayı lokalize etmek için, akımın #faz kayması bir referans değişkenine (yönlü için fazdan faza gerilim yada yönlü topraklama koruması için faz koruması ve artık gerilim) göre belirlenmelidir. Bu referans değişkene polarizasyon miktarı denir.
İçindekiler Tablosu
1| Toprak Arızası (e/f) Yönlü Koruma
Akımın toprağa akış yönüne duyarlıdır. Faz-toprak arıza akımı birkaç topraklama sistemi arasında bölündüğünde bu tip koruma ekipmanının kurulması gerekir.
Ancak, bu akım akışı sadece şebekenin nötrünün topraklanmasından değil, hatların ve kabloların faz-toprak kapasitansından da kaynaklanmaktadır (1 km'lik 20 kV kablo, yaklaşık 3 ila 4 amper kapasitif akım akışına neden olur.).
Artık yönlü aşırı akım korumasının yanı sıra sıfır dizili aktif güç koruması, topraklama arıza akımıyla aynı büyüklükte bir kapasitif akımla fiderleri korumak için kullanılır.
Bu fiderlerde, faz-toprak kapasitansı, şebeke üzerinde nerede olursa olsun, fazdan toprağa kısa devre oluşur oluşmaz yönsüz bir e/f koruması tarafından sıfır dizi akımının algılanması için yeterince yüksektir (bkz. Şekil 1)
Geri dön 🔝
1.1| Giriş Değişkenleri
Toprak arızası yön korumasında, artık akım ölçülür ve artık gerilim genellikle polarizasyon miktarı olarak kullanılır. İkincisi, sıfır dizi gerilimi ile karıştırılmamalıdır.
Herhangi bir üç fazlı sistemde F1, F2 ve F3'te simetrik bileşen teorisinin sıfır dizi değişkeni Fh'yi şu şekilde tanımladığını hatırlayın:
Artık değişken Fr, sıfır dizi değişkeninden üç kat daha büyüktür.
1.1.1| Artık Akımın Ölçülmesi
Artık akım, faz başına bir tane olmak üzere üç akım trafosu veya üç fazın etrafındaki bir bobin (halka (Toroid) CT) ile ölçülür.
Üç akım trafosunun kullanılmasının (bkz. Şekil 2) belirli avantajları vardır:
CT'ler genellikle güvenilirdir,
Yüksek akımları ölçmek mümkündür.
Ama aynı zamanda bazı dezavantajları da vardır:
Kısa devre durumunda veya bir trafo açıldığında CT'lerin doygunluğu yanlış bir artık akım üretir
Pratikte eşik, CT'nin anma akımının %10'unun altına ayarlanamaz.
Bir halka CT kullanarak ölçme (bkz. Şekil 3), çok hassas olma avantajına ve bobinin (düşük voltaj yalıtımlı) dezavantajı, onu yalıtmak için kaplanmamış bir kablonun etrafına monte edilmesidir.
1.1.2| Artık Gerilim Ölçülmesi
Artık gerilim, üç gerilim trafosu (VT) ile ölçülür. Genellikle iki sekonder sargılı VT'ler kullanılır (bkz. Şekil 4), burada biri yıldız bağlantılıdır ve her iki fazın nötr ve fazdan faza voltajların ölçülmesini sağlar ve diğerinin artık voltajın ölçülmesini sağlayan açık delta bağlantılıdır.
Ana VT'lerin yalnızca bir ikincil sargısı varsa, yıldız bağlı ve topraklanmışsa, artık gerilimi ölçmek için bir dizi yardımcı VT kullanılabilir (bkz. Şekil 5).
Bu durumla genellikle mevcut kurulumlar için koruma planı yükseltildiğinde karşılaşılır.
Bazı koruma ekipmanlarının yardımcı VT'ler gerektirmediğine, ekipmanın kendisinin üç fazdan toprak gerilimlerine artık gerilim değeri sağladığına dikkat edilmelidir.
Artık gerilim, çoğunlukla bir toprak arızası yön rölesi için polarizasyon değişkeni olarak kullanılır. Ancak tesisatın nötr topraklama düzeninde akım olarak da alınabilir.
Şekil 6'ya bakınız.
Teoride, koruma ekipmanını polarize etmenin bu her iki yolu da eşdeğerdir. Zh, transformatörün sıfır dizi empedansı ve Zn, nötr noktasının empedansı ise, artık voltaj, Vr ve nötr noktanın akımı, In, aşağıdaki denklemle ilişkilidir (karmaşık sayılarla yazılmıştır!):
Vr = (Zh + 3Zn) × In
Pratikte, nötr nokta akımıyla polarizasyon yalnızca, hem büyük (birkaç yüz Amper) hem de ağdaki parazit kapasitansı nedeniyle akımdan çok daha büyük olan bir topraklama hatası akımına sahip ağlarda kullanılır.
Bu durumda akım ölçümü, çok küçük bir değere sahip olan artık gerilimden daha doğrudur. Sadece nötr topraklama bağlantısına yakın olan trafo merkezlerinde kullanılabilir.
Geri dön 🔝
1.2| Karakteristik Açı
Arızanın yönünü belirlemek için koruma ekipmanı, akım ile polarizasyon değişkeni arasındaki faz kaymasını ölçer. Polarizasyon değişkeni, istenen rölenin eyleminin simetri ekseninde değilse (karakteristik eksen, bkz. Şekil 7), onu yeniden fazlandırmak gerekir.
Bu, karakteristik açı ayarlanarak yapılır.
Koruma koordinasyonu tasarlanırken, yön koruma ekipmanının karakteristik açısı, seçilen yöndeki herhangi bir arızanın açma bölgesine düşen bir akıma neden olması ve diğer yöndeki herhangi bir akımın bu bölgenin dışına düşmesine neden olacak şekilde belirlenmelidir.
Karakteristik açı, seçilen polarizasyon değişkenine ve şebekenin nötr nokta düzenine (artık akım yön koruma ekipmanı için) bağlıdır. Bu nedenle, karakteristik açı genellikle ayarlanabilir.
Akım ve polarizasyon değişkeni arasındaki faz kaymasını ölçebilmek için, polarizasyon değişkeninin yeterince büyük olması önemlidir (genellikle u değişkenin nominal değerinin % 0,5 ila 2'si).
Polarizasyon değişkeni bu eşikten küçükse, ölçülen akım değeri ne olursa olsun koruma ekipmanı çalışmaz.
Geri dön 🔝
1.3| Tespit ilkeleri
Üç algılama ilkesi aynı anda mevcuttur ve bunlar çeşitli gereksinimlere ve bazen de çeşitli uygulamalara karşılık gelir:
Yönlendirilmiş aşırı akım,
Akım projeksiyonunun ölçülmesi,
Kalan aktif gücün ölçümü.
İlk ikisi faz ve toprak arıza tespiti için kullanılır, sonuncusu ise özel nötr nokta düzenlemesi ile toprak arıza tespitine özeldir.
Geri dön 🔝
1.3.1| Yönlendirilmiş aşırı akım (bkz. şekil 10 )
Bu tip yönlü röle, akım ve polarizasyon değişkeni arasındaki faz kaymasını ölçmek için aşırı akım koruma ekipmanı ile ekipman birleştirilerek yapılır.
Açma, aşağıdaki iki koşula tabidir:
Akım eşikten daha büyük ve
Akım ile karakteristik açı tarafından tanımlanan polarizasyon değişkeni arasındaki faz kayması, +90° ile -90° arasındaki bölgededir
Geri dön 🔝
1.3.2| Akım projeksiyonunun ölçümü (bkz. şekil 11 )
Bu tip koruma ekipmanı, akımın karakteristik ekseni boyunca izdüşümü hesaplar. Elde edilen değer daha sonra açma yapılıp yapılmayacağını belirlemek için bir eşik ile karşılaştırılır.
Aşağıdaki Şekil 8'e bakınız.
Geri dön 🔝
1.3.3| Kalan aktif gücün ölçümü
Bu tip koruma ekipmanı aslında kalan aktif gücü ölçer ve eşik Watt olarak ifade edilir. Güçlü bir kapasitif artık akım (güçlü artık reaktif güç) durumunda ölçüm yanlışlığından kaynaklanan herhangi bir sahte açmayı önleyecek şekilde tasarlanmalıdır;
Çalışma bölgesi, Şekil 9'da gösterildiği gibi sınırlıdır.
Topraklama hatalarını tespit etmek için en evrensel prensip, akımın izdüşümü ölçmektir. Yönlü aşırı akım rölelerinin kullanımı, tüm nötr nokta düzenlemelerine uygun değildir.
Artık aktif gücü ölçen koruma ekipmanı, akım projeksiyon tipi rölelerle rekabet halinde kompanzasyonlu nötr nokta düzenlemeleri ile kullanımla sınırlandırılmıştır.
Geri dön 🔝
2| Yönlü Faz Koruması
Paralel olarak çalışan iki bağlantıyı, bir döngüyü veya iki güç kaynağına bağlı bir ağ bileşenini korumak için kurulur (bkz. Şekil 10).
Geri dön 🔝
2.1| Bağlantı açısı, karakteristik açı
Çoğu zaman, bu tip koruma ekipmanı iki bağımsız, tek fazlı elemandan oluşan iki fazlıdır. Bazen üç fazlı koruma ekipmanı kullanılmalıdır.
İzlenen her faz için röle, mevcut büyüklüğünü ölçer ve ardından polarizasyon değişkeni olarak bir fazdan faza gerilimi kullanır. Faz-nötr gerilimi, nötr noktanın (artık gerilim) yer değiştirme etkisi nedeniyle, toprakta bir arıza meydana geldiğinde büyük ölçüde değiştiği için kullanılmaz.
Röle, faz 1'deki akımı ölçtüğünde, en sık kullanılan polarizasyon voltajı V2-V3'tür. Koruma ekipmanının bağlantı açısının daha sonra 90° olduğu söylenir (bkz. Şekil 11).
Yönlü topraklama rölesine benzer şekilde, yönlü faz rölesinin karakteristik açısı, açısal açma bölgesinin konumunu tanımlar. Açma düzleminin normali ile polarizasyon değişkeni arasındaki açıdır.
Arıza yönünün ölçülebilmesi için polarizasyon değişkeninin (gerilim) yeterince yüksek bir değere sahip olması gerekir. Özellikle, bir yönlü röleye çok yakın olan üç fazlı bir arıza, faz-faz gerilimlerinin tümü sıfır olduğu için algılanmaz.
Bu tür bir arızanın yönünü elde etmek için koruma sistemi bir bellek voltajı kullanmalıdır.
Geri dön 🔝
2.2| Tespit ilkeleri
Faz yönlü röleler, yönlü (bkz. Şekil 12) aşırı akım elemanı olarak veya akımın karakteristik eksen üzerindeki izdüşümünü ölçerek çalışır.
Piyasada her iki prensipte de çalışan röleler bulunsa da yönlü aşırı akım rölesi tercih edilmelidir.
Algılama eşiği akımın fazından bağımsız olduğundan, aşırı akım koruma ekipmanını koordine etmek çok daha kolaydır.
Güç ölçümü, kısa devreleri tespit etmek için kullanılmaz. Güç, iyi bir arıza tespit kriteri değildir, çünkü fazlar arasında bir arıza olması durumunda arıza ne kadar yakınsa değeri o kadar düşük olur.
Referans Kaynak: Directional Protection and Directional Zone Selectivity by ABB