OG Motor Arıza Koruması
Orta Gerilim (OG) Motorları için arıza koruması, motorun çalışma sürecinde oluşabilecek potansiyel sorunları tespit etmek ve önlemek için önemlidir. Temel olarak, bu koruma sistemleri motorun aşırı akım, aşırı gerilim, aşırı ısınma, faz kaybı gibi durumlarla karşılaştığında müdahale eder.
Prensip olarak da orta gerilim motorlarının koruması Alçak Gerilim (AG) motorlarına benzerdir ancak gereksinimler daha zorludur. Şebeke kaynağına daha yakın olan orta gerilim motorları, gerilim düşüşlerine ve dalgalanmalarına, tekrar kapanmaya ve daha yüksek mevcut arıza seviyelerine karşı daha hassastır.
Bara gerilimi ve yük akımlarının yüksek olması nedeniyle bu akımları daha düşük değerlere düşürmek için koruyucu rölelerle birlikte kullanılan #ölçütrafoları kullanılır. En yaygın ölçü trafosu sekonder değerleri, gerilim trafoları (VT'ler) için 120 V ve akım trafoları (CT'ler) için 5 A'dır.
Devre Kesiciler (yani kükürt heksaflorür (SF6), vakumlu), cihaz trafoları ve koruyucu röleler şalt cihazına monte edilir.
İşte orta gerilim motorları için arıza korumasının temelleri:
Aşırı Akım Koruması: Motorun normal akımından fazla akım çekmeye başladığında, bu durumu algılayan bir koruma sistemidir. Bu durum, motorun aşırı yük altında çalıştırıldığını veya içsel bir arızanın meydana geldiğini gösterebilir. Aşırı akım koruması, motorun zarar görmesini önlemek için devreyi keser veya motorun güç beslemesini keser.
Aşırı Gerilim Koruması: Motorun çalışması için belirlenen nominal gerilimin üzerine çıkması durumunda devreye giren bir koruma sistemidir. Aşırı gerilim, motorun izolasyonunu zorlayarak arızaya neden olabilir. Bu nedenle, aşırı gerilim koruması, motoru yüksek gerilimden korumak için önemlidir.
Aşırı Isınma Koruması: Motorun aşırı ısınması durumunda devreye giren bir koruma sistemidir. Aşırı yük altında uzun süre çalışma veya soğutma sistemlerinin arızalanması gibi durumlar motorun aşırı ısınmasına neden olabilir. Aşırı ısınma koruması, motorun aşırı ısınmasını algılayarak devreyi keser ve motorun soğumasını sağlar.
Faz Kaybı Koruması: Üç fazlı motorlar için önemlidir. Bir fazın kaybolması durumunda, motorun dengesiz çalışmasını ve aşırı akımların oluşmasını engeller. Faz kaybı koruması, eksik fazı algılayarak motorun güç beslemesini keser ve böylece motorun zarar görmesini önler.
Dönüş Sırasının Korunması: Motorun yönünün yanlışlıkla değişmesini engellemek için kullanılan bir koruma sistemidir. Özellikle çift yönünde çalışabilen motorlar için önemlidir. Yanlış yönde dönüş, mekanik aksamda hasara ve işlevsellik kaybına neden olabilir.
Zaman Gecikmeli Koruma: Belirli bir zamanda devreye giren koruma sistemidir. Örneğin, motorun başlangıçta yüksek akım çekmesi normaldir ancak uzun süre devam etmesi durumunda bir arıza işareti olabilir. Zaman gecikmeli koruma, belirli bir süre boyunca devam eden aşırı akımı algılayarak müdahale eder.
Bu temel koruma sistemleri, orta gerilim motorlarının güvenli ve verimli bir şekilde çalışmasını sağlamak için kullanılır. Arıza koruma sistemlerinin doğru şekilde yapılandırılması ve düzenli bakımı, motorların uzun ömürlü olmasını ve beklenmedik durumlarda işletme kesintilerinin en aza indirilmesini sağlar.
İçindekiler Tablosu:
Motor Aşırı Akım Diferansiyel Rölesi (Cihaz 87)
Bölünmüş Sargı Akımı Dengesizliği Rölesi (Cihaz 87)
1. Motor Aşırı Akım Diferansiyel Rölesi (Cihaz 87)
Motor aşırı akım diferansiyel koruması, bir yüke giren akım akışını ölçer ve motorun nötr tarafında ölçülen akımla karşılaştırır. Mevcut bir fark hata olarak tespit edilir. Bu şemalar teknik olarak herhangi bir motor yüküne uygulanabilir, ancak genellikle yalnızca hasarın maliyetli olabileceği veya değiştirilmesi zor olabileceği büyük veya kritik motorlara uygulanır.
Arızaları düşük seviyede tespit ederek, hasar yalnızca sargılarla sınırlı olabilir.
Diferansiyel aşırı akım koruması uygulamak için üç genel öneri aşağıdaki gibidir:
Topraklanmamış sistemlerde kullanılan 750 kW ve üzeri tüm motorlar,
Uygulanan topraklamalı sistemlerde kullanılan 750 kW ve üzeri tüm motorlarda, fazdan faza arızalara karşı koruma sağlamak için diferansiyel koruma olmadan yeterli kabul edilmez.
Daha küçük motorlarla, özellikle 2400 V'un üzerindeki voltajlarda, büyük motorlar (yani 1900 kW ve üzeri) için diferansiyel korumasını haklı çıkarmak daha kolaydır.
1.1 Faz Diferansiyel Aşırı Akım Rölesi
Faz diferansiyel aşırı akım rölesi, düşük seviyeli faz arızalarını algılamak ve geniş hasar gelişmeden önce motor devresini hızlı bir şekilde çıkarmak için kullanılır.
Bu şema altı özdeş CT (yani, her faz için bir çift) ve üç röle (yani faz başına bir tane) kullanır. CT'ler, tam yük akımını sürekli olarak taşıyacak ve harici veya iç bir arıza sırasında doymayacak şekilde boyutlandırılmalıdır (bkz. Şekil 2). Her bir CT çiftinden gelen akımlar, normal (yani arızasız) koşullar altında röle kısıtlama sargıları boyunca dolaşır.
Motor sargılarındaki veya kablodaki bir arıza için, CT sekonder akımları farklı büyüklüklere ve/veya polaritelere sahiptir ve her CT'den gelen diferansiyel akım diğerine ekler ve motor devre kesiciyi devreye almak için Cihaz 87'yi çalıştırır.
Bazen delta bağlantılı motorlara uygulanırken, bu şema genellikle wye bağlantılı motorlarla kullanılır. Wye-connected motorların, daha büyük beygir gücü değerlerinde delta-bağlı olanlardan çok daha yaygın olduğunu unutmayın.
Wye bağlantılı motorda, CT'lerden üçü normal olarak marş motorunda (veya motor şalt tertinde) ve diğer üçü nötr motor sargısında üç fazda bulunur.
1.2 Toroidal CT'leri Kullanarak Kendi Kendini Dengeleyen Diferansiyel Koruma
Normalde motora üç pencereli (veya toroidal) CT takılır. Motor hattı ile faz başına bir CT kullanılır ve bir fazın nötr uçları içinden geçirilir, böylece iki akımdan gelen akı normalde CT'de birbirini iptal eder. Bir sarma fazdan faza veya fazdan toprağa hata, ilişkili fazların CT'lerinden bir çıkışla sonuçlanır. Bu akım ilişkili röleleri çalıştırır (bkz. Şekil 3).
CT'ler ve röleler normalde, 0.25 A ile 1.0 A arasında ayarlanmış röle ile sıfır sıralı anlık toprak aşırı akım koruması için kullanılan CT'ler ve rölelerle aynı olacaktır (bkz. 3.1 Anlık yer arızası koruması).
Bu nedenle, bu diferansiyel şeması genellikle amper olarak geleneksel diferansel şemadan daha düşük bir birincil toplamaya sahiptir, çünkü CT oranı genellikle geleneksel şema ile daha büyüktür.
Bu diferansiyel şema, topraklama hatalarını tespit etmede Şekil 2'deki şemaya göre küçük bir avantaja sahiptir. Topraklanmış sistemlere monte edilen motorlar için bu fark önemlidir, çünkü çoğu arıza topraklama hatası olarak başlar.
Motor arızası korumasının olağan amacı, stator demir önemli ölçüde hasar görmeden önce arızayı çıkarmaktır.
Mevcut arıza akımı çok yüksek olduğunda ve akım sınırlayıcı sigortalar arızayı temizlemeden ve böylece marş motorunu korumadan önce motor marş motorunu tetiklemek için yüksek hızlı dengeli çekirdekli diferansiyel koruma sinyalleri bu şemada uygulama sorunları meydana gelmiştir. Marş motoru bu kadar düşük bir arıza derecesine sahip olduğundan, bazı mühendisler, gelişmekte olan bir düşük-level arıza ile doğrudan bir kısa devre arasında ayrım yapmak için gecikme veya farklı röle tipi ile rölenin çalışmasını yavaşlatma eğilimindedir.
Motorda bulunan CT'ler ile bu şema, motora güç sağlayan kablolarda bir arıza tespit etmez. Bu kablolardaki bir arıza normalde aşırı akım koruması ile tespit edilir.
Büyük motorlar için, besleme fazı-aşırı akım korumasını motor aşırı akım koruması ile koordine etmek genellikle bir sorundur. Motor diferansiyel korumasının varlığı bazen bu koordinasyonu daha az gerekli hale getirmek için kabul edilir. Bu bakımdan, geleneksel diferansiyel, kendi kendini dengeleyen diferansiyelden daha iyidir, çünkü motor kabloları diferansiyel koruma bölgesine de dahil edilmiştir.
Bu nedenle, motor diferansiyel ve besleme faz-aşırı akım röleleri arasındaki koordinasyon tamamlandı.
Sıfır dizi topraklama hatası aşırı akım korumasında olduğu gibi, devreye alma sırasında genel CT ve röle kombinasyonlarını test etmek önemlidir. Bir test iletkenindeki akım, her bir CT'nin penceresinden geçirilmelidir. Normalde röleler akım taşımadığından, bu genel test ile bir CT ikincil veya bir röleye kablolamadaki açık bir devre keşfedilebilir.
2. Bölünmüş Sargı Akımı Dengesizliği Rölesi (Cihaz 87)
Bölünmüş sargı akımı dengesizlik cihazının amacı, düşük büyüklükte arıza koşullarını hızlı bir şekilde tespit etmektir. Bu koruma aynı zamanda anlık faz-aşırı akım ve yer arızası aşırı akım korumasına yedek olarak hizmet eder.
Bu koruma normalde yalnızca faz başına paralel olarak iki (veya üç) sarma yoluna sahip motorlara uygulanır (bkz. Şekil 4).
2.1 CT'lerin ve Rölelerin Düzenlenmesi
Her zamanki uygulama, faz başına paralel olarak iki sarma yoluna sahip bir motorladır. Motorun altı çizgili kablosu (yani faz başına iki) çıkarılır ve altı kablonun her birine bir CT bağlanır. CT'lerin birincil akım derecesi tam yük akımı taşıyacak şekilde seçilmelidir.
CT'ler motora monte edilebilir. Bununla birlikte, motoru marş motoruna (veya şalt tesisine) bağlamak için altı kablo kullanmak uygun olabilir ve bu durumda CT'ler marş motoruna yerleştirilebilir.
Aynı fazla ilişkili her bir CT çiftinden gelen akımlar çıkarılır ve farkları kısa süreli ters zaman aşırı akım rölesine beslenir. Bu rölelerden üçü gereklidir (yani, faz başına bir tane) ve her biri 1.0 zaman kadranına ve 0,5 A ile 2,5 A arasında ayarlanır.
Röle, herhangi bir motor yükleme koşulu için iki paralel sargı arasında oluşabilecek maksimum akım dengesizliğinin üzerine ayarlanmalıdır.
2.2 Bölünmüş Sargı Akımı Dengesizliği Korumasının Değerlendirilmesi
Bölünmüş sargı akımı dengesizlik korumasını değerlendirirken aşağıdaki faktörler göz önünde bulundurulmalıdır:
Toplam maliyet, geleneksel faz diferansiyelinden biraz daha az ve self-balancing diferansiyelinden daha fazla olacaktır.
Bu koruma için birincil toplama akımı, geleneksel faz diferansiyelinin birincil toplama akımının yaklaşık yarısı olacaktır, çünkü her iki şema da CT primerlerinin normal yük akımlarını taşımak için derecelendirilmesini gerektirir. Self-balancing diferansiyeli genellikle amper cinsinden daha düşük bir birincil pikapa sahip olur.
Bu koruma, faz diferansiyel şemalarına kıyasla hafif bir zaman gecikmesine sahiptir.
CT'ler motor marş motoruna yerleştirildiğinde, bölünmüş sarıma koruması, geleneksel faz diferansiyeli ile kendi kendini dengeleyen diferansiyele göre aynı avantaja sahiptir, yani motor kablolarında bir hata algılar ve besleme besleyici aşırı akım röleleri ile koordinasyonu kolaylaştırabilir (bkz. 1.2 Pencere CT'leri kullanarak kendi kendine dengeleyici diferansiyel).
Bu korumanın sağladığı ve başka hiçbir motor korumanın sahip olmadığı göze çarpan özellik, kısa devreli sargı dönüşlerini algılama yeteneğidir. Algılama gerçekleşmeden önce kısa devre yapılması gereken dönüş sayısı, motor sarma düzenine, röle alımına ve CT oranına bağlıdır. Bu özelliğin değerliliğini belirlemek için belirli motor sargısının bir analizi gerekecektir. Kısa devre dönüşler, bu bölünmüş sargı koruması kısa devre dönüş durumunu algılamadan önce kendi kendini dengeleyen diferansiyel şeması tarafından tespit edilebilecek bir topraklama hatasına neden olabilir.
Bu koruma, faz başına dört sarma yoluna paralel olan bir motora, sanki sadece iki paralel yol varmış gibi iki çift olarak gruplandırılarak uygulanabilir (yani, altı CT ve üç röle kullanılır).
Bir CT'nin paralel yollardan birinde olduğu ve diğer BT'nin toplam faz akımını gördüğü durumlarda, bölünmüş bir diferansiyel şeması genellikle etkili bir şekilde kullanılır.
2.3 Bölünmüş Sargı Korumasının Uygulanması
Bölünmüş sarma koruması nadiren kullanılır, ancak faz başına paralel olarak iki veya dört sarma yoluna sahip 3700 kW'ın üzerinde derecelendirilmiş önemli motorlara uygulanması mümkündür.
3. Toprak Arıza Koruması
Toprak arızası korumasının amacı, kasıtlı bir gecikme olmadan topraklama arızası koşullarını tespit ederek motorları korumak ve dengesizlik akımının gerçek bir topraklama hatasını temsil ettiğinden emin olmaktır (yani, birincil akımdaki asimetri veya CT doygunluğu nedeniyle değil).
Bu tespitin ardından koruma, voltaja ve tesis işletim uygulamasına bağlı olarak motor devresini devreye alabilir veya sadece alarm verebilir.
3.1 Anlık Toprak Arıza Koruması
Anlık topraklama arızası koruması için tasarlanmış ve belirli bir topraklama arızası rölesi ile test edilmiş sıfır dizi (veya pencere) bir CT kullanılması önerilir (bkz. Şekil 5).
Orta gerilimli uygulamalar için, güç sistemi dirençli olmalı ve Cihaz 50G, 10 A ila 30 A aralığında bir birincil topraklama arıza akımı için çalışacak şekilde ayarlanmalıdır. Kurulumda motorlarda dalgalanma koruması olduğunda uygun bir zaman gecikmesi eklenmelidir.
3.2 Zaman Aşırı Akım Toprak Arıza Koruması
Birçok kurulum, motor terminallerinde dalgalanma korumasına sahiptir ve bir parafudr aracılığıyla bir dalgalanma deşarjı, anlık bir rölenin yanlış bir dönüşe sahip olmasına neden olabilir. Bu olaydan kaçınmak için, yukarıdaki Şekil 5'teki Cihaz 50G'nin yerine bir Cihaz 51G uygulanmalı ve arıza algılayan alımdan sonraki birkaç saniye içinde tetiklemeye ayarlanmalıdır.
3.3 Bölünmüş Sargı Korumasının Uygulanması
Röle ve sıfır dizili CT'nin uygulanmasında ve kabloların CT üzerinden kurulmasında aşağıdaki önlemlere uyulmalıdır:
Önlem #1 – Kablo Toroit CT içerisinden geçer ve CT'nin kaynak tarafındaki bir sarkeide sonlanırsa, çömlek, zeminden yalıtılmış bir brakete monte edilmelidir. Ardından pothead, CT penceresinden bir topraklama iletkeni geçirilerek ve pothead'e bağlanarak topraklanmalıdır.
Önlem #2 – Metal kaplı kablo toroit CT içerisinden geçerse, metal kaplama CT'nin zeminden yalıtılmış kaynak tarafında tutulmalıdır. Metal kaplama için sonlandırıcı, toroit CT içerisinden bir topraklama iletkeni geçirilerek ve ardından sonlandırıcıya bağlanarak topraklanabilir.
Önlem #3 - Kablo kalkanları, toroit CT içerisinden bir topraklama iletkeni geçirilerek ve ardından Şekil 6'ya göre kalkanlara bağlanarak topraklanmalıdır.
Önlem #4 - Genel CT ve topraklama rölesi şeması, bir test iletkenindeki akım toroit CT içerisinden geçirilerek test edilmelidir. Normalde rölede akım bulunmadığından, bu genel testle CT ikincilinde veya röleye kablolamada açık bir devre keşfedilebilir.
3.4 Artık Bağlı CT'ler ve Toprak Arıza Rölesi
Başvurular, röleyi sağlamak için üç CT'den (yani her faz başına bir tane) artık bağlantı kullanılarak yapılmıştır. Bu düzenleme ideal değildir çünkü yüksek faz akımları (örneğin, motor başlangıç acelesi veya faz hataları nedeniyle) CT'lerin eşit olmayan doygunluğuna neden olabilir ve yanlış bir artık akım üretebilir.
Sonuç olarak, zemin rölesinin istenmeyen açması meydana gelebilir ve üretim veya süreç tehlikeye girebilir. Bu nedenle, artık bağlantıda bir Device 50N önerilmez.
Artık bağlantıya takılan bir Cihaz 51N, bu kurulumlar için daha uygun olacaktır.
3.5 Düşük Dirençli Sistem Topraklaması için Direnç Seçimi
Direnç topraklamasının amacı, koruyucu rölelerin bir topraklama hatasının tespiti üzerine çalışması için yeterli akım sağlamaktır, ancak büyüklüğü ve motorda ortaya çıkan hasarı sınırlamak için yeterince düşük.
Örneğin, maden dağıtım sistemlerinde amaç, güvenlik nedenleriyle ekipman-frame-to-earth voltajlarını sınırlamaktır. Ancak, yer arızası akımı, nötr uca yakın sargıların korumasız olacağı kadar sınırlı olmamalıdır.
Topraklama direncinin seçimi, topraklama-arıza aşırı akım koruma koordinasyonundaki adım sayısını da göz önünde bulundurmalıdır. Bu temelde, sistem nötr topraklaması için seçilen topraklama direnci normalde topraklama arızası akımını 400 A ila 2000 A aralığında sınırlar.
Ancak bazı şirketler 200 A ile 800 ile sınırlı nötr yer arızası akımını tercih ediyor. A Bu fark, bir sistemin korunmasını koordine etme ihtiyacını vurgulamaktadır. Direnç için genellikle 10 s zaman derecesi seçilir.
Aşırı geçici aşırı gerilimlerden kaçınmak için, direnç, aşağıdaki sıfır dizi empedans oranı elde edilecek şekilde seçilmelidir: R0 / X0, 2'ye eşit veya daha büyük olmalıdır.
Dirençli Topraklama Sistemleri, arc-flash tehlike azaltma, arızalarla ilişkili mekanik ve termal hasarı sınırlama ve geçici aşırı voltajları kontrol etme dahil olmak üzere sağlam topraklanmış sistemlere göre birçok avantaja sahiptir. Hizmet sürekliliğini sağlamak ve bir arızanın kaynağının bulunmasına yardımcı olmak için yüksek dirençli topraklama sistemleri de kullanılabilir.
Dirençli bir sistem tasarlarken, tasarım/danışmanlık mühendisi iletken yalıtım derecelendirmeleri, prafudr derecelendirmeleri, kesici tek kutuplu görev dereceleri ve fazdan nötr yüklere hizmet etme yöntemi için özel gereksinimleri göz önünde bulundurmalıdır.
Kaynaklar:
IEEE Recommended Practice for Protection and Coordination of Industrial and Commercial Power Systems
Resistance Grounding System Basics by Michael D. Seal, P.E., GE Senior Specification Engineer