1. Ana Sayfa
  2. Bilim ve Teknoloji
  3. Orta Gerilimli Şebekelerde Nötr Topraklaması

Orta Gerilimli Şebekelerde Nötr Topraklaması

Son güncelleme: 09.03.2010 10:06
Nehir Nehir foto
  • Nötr Topraklaması - Gerilimli Şebeke
    1) GİRİŞ:

    Şebekelerde proje dizaynında uygun bir nötr topraklama sistemi seçilmelidir. Nötr noktaları ya yalıtılır ya da toprağa bağlanır.
    1.1- Nötr Noktası Yalıtılırsa;
    1.1.1-Toprak temaslı arızalarda doğruda açma olmaz ve işletmenin kesintisiz olarak devamı sağlanır.
    1.1.2- Yalıtılmış şebekeler de teçhizatın toprağa göre kapasitesi önem kazanır. Şebekede oluşacak toprak temaslı arızalarda geçecek olan kapasitif arıza akımının insan hayatını tehliilaçe sokmayacak derecede olması ve şebekenin buna göre dizaynı gerekir. Ayni zamanda teçhizata da zarar vermemelidir.
    1.1.3- Arızalarda zararlı seviyede geçici aşırı gerilimler oluşmamalıdır.
    1.1.4- Teçhizat yalıtım seviyesi yüksek düzeyde olmalıdır.
    1.1.5- Yakın bir gelecekte aşırı gerilimlere karşı koruma zorunlu olacaktır.
    1.1.6- Toprak arızalarına karşı seçici bir koruma yapmak zor ve karmaşıktır.

    1.2. Nötr Noktası Topraklanırsa;
    1.2.1- Toprak arızalarında doğrudan ve seçici bir açma sağlanır.
    1.2.2- Aşırı gerilim seviyesi düşüktür.
    1.2.3- Özellikle kablolar için yalıtılmış sisteme göre daha düşük değerde bir yalıtım seviyesi ön görülür.

    2) TOPRAKLAMA:
    Şebekede nötr noktalarının toprağa bağlanmasında şu üç noktanın sağlanması istenir.

    2.1-Sönümlü aşırı gerilimleri yeterli düzeyde tutmak
    2.2-Toprak arızalarının neden olduğu teçhizat hasarlarını sınırlamak
    2.3-Basit ve seçici korumayı sağlamak.
    2.4- Topraklama çeşitleri;

    Nötr noktasının toprağa bağlantısı üç şekilde yapılır:

    2.4.1-Doğrudan topraklama;
    Aşırı gerilimleri sınırlama yönünden en uygun bir topraklama metodudur. Seçici bir koruma sağlanır ve uygulamada zorluk arz etmez. Bununla birlikte; büyük arıza akımları oluşur. Teçhizata zarar verir. Arızanın devamı süresince insan hayatı için tehlikelidir. Bu nedenle yüksek gerilimli şebekelerde kullanılmaz.

    2.4.2-Reaktör üzerinden topraklama;

    Reaktör üzerinden iki çeşit topraklama dizayn edilir:
    a) Peterson bobini ile topraklama: Bazen yüksek gerilimli şebekelerde uygulanır. Endüstriyel tesislerde ise nadiren tesis edilir. Toprak koruma röleleri rezidüel akıma karşı hassastır ve seçiciliği sağlamak için kullanılmalıdır.

    b)Akım sınırlayıcı reaktanas; Yapılan araştırmalarda reaktans üzerinden yapılan topraklamaların tehlikeli boyutlarda geçici aşırı gerilimlere neden olabileceği neticesine varılmıştır. Bunun için küçük değerli empedans kullanılabilir.

    c)Omik direnç üzerinden yapılması çok uygulanan faydalı bir metottur. Reaktör veya direnç arasında bir seçim yapmak; şebekenin gerilim seviyesi yapısı ve yüklerin özelliği gibi faktörlere bağlıdır. Birincisi aşırı gerilim sorununa uygun bir maksimum empedans tespit etmek ikincisi ise alıcı yükleri ve şebekenin uygunluğunu araştırmak gerekir.


    3) TOPRAKLAMANIN AŞIRI GERİLİMLERE ETKİLERİ:
    3.1- Akım sınırlayıcı reaktör üzerinden topraklama durumu;
    Nötr noktasını bir reaktör üzerinden toprağa bağlanması neticesinde; şebeilaçi arızalarda oluşacak aşırı gerilimlerin etkisine karşı korunmasında;
    3.1.1- Reaktanstan geçen akım (I0.W) (toprak akımı)
    3.1.2- Şebekenin üç fazlı arızalara karşı gösterdiği reaktans (WL) olsun. Faz-toprak arızasında oluşan geçici aşırı gerilimin önlenmesi;

    a) Radyal şebekede kablolarda

    b) Diğer teçhizat için geçerlidir.Pratike; faz-toprak arıza akımının değeri üç fazlı arıza akımının %10 değerine sınırlandırılır.

    3.2.- Nötrün direnç üzerinden topraklanma durumu;Hidrolik santrallerden beslenen şebekelerde; ( ) direncinin değeri; toplam aktif güç kaybına göre tespit edilir. Aktif güç kaybı; raktif güç ise; 2C WU2'dir. (faz-toprak arızasında) bağıntıdan faz-toprak arıza akımının değeri; ve topraklama direncinden geçen akım için; den kapasitif akım (IC) olsun. olmalıdır. Kabloların kapasite değerleri cedvellerden alınmalıdır.

    4) Şebekedeki Etkiler;
    Yukarıdaki kriterler faz-toprak akımının arıza akımının alt sınır değerleri için verilmiştir. Üst sınır değerlerinin tespitinde ise; arıza akımlarının özellikle kablo akımlarına zarar vermemesi için gerekli değerleri kontrol edilir. Kablo ekranlarının maksimum dayanım akımları genelde (500+3000)A're 1 sn. dayanması kriteri göz önüne alınır ve kullanılır.

    5) Alıcı Yükler Yönünden; 3-15 kV. Arasındaki şebekelerde dönen makinelerin madeni aksamının zarar görmemesi için faz-toprak arıza akımlarının (20 A) değerini geçmemesi kriteri konulabilir.

    6) ARIZA AKIMLARININ HESABI

    (Şekil-1) Y.G./O.G. indirici trafodan beslenen ve özellikle (C) toprağa göre kapasite değerleri etkili olan bir kablo şebekesinde fiderlerin birinde oluşan toprak temaslı arızada arıza akımlarının dağılışı gösterilmiştir. Burada;
    : nötr. topraklama empedansı (süseptans)

    CD: Arızalı fiderin her fazının toprağa göre kapasitesi (Farod)
    CS : Sağlam fiderin her fazının toprağa göre kapasitesi (Farod)
    C= : Şebekenin toprağa göre toplam kapasitesi (Farod)
    E : Şebekenin faz-nötr gerilimi (volt)
    VN: Nötr noktasının toprak potansiyeli (V)
    IN : Nötr akımı (A)
    ID : Arıza yerinden dağılan omik ve kapasitif karakterli toplam arıza akımı
    I D : Arıza fiderin jor tipi akım trafosundan geçen atıza akımının parçası
    I S : Sağlam fiderlere ayrılan toplam rezidüel kapasitif akımdır. Ayni zamanda sempati akımı da denilir. Sağlam fider veya fiderlerin toprak rölelerini çalıştırabilir.Arıza yerindeki temas direnci sıfır kabul edilerek; VN= -E ( Faz-nötr ger.)
    Arıza yerindeki temas direncinin sıfır akımının endüktif veya omik bileşen değeridir.


    7) TOPRAK KORUMA SİSTEMİ

    Nötrün bir empedans üzerinden topraklanması faz-toprak arızalarına karşı bir korumadır. Genelde görüleceği gibi büyük arıza akımlarını algılamak küçük arıza akımlarını algılamaktan daha kolaydır.
    Toprak arızalarında rölelerin seçicili çalışmaları için şebekenin diğer kısımlarında da nötr noktalarının topraklanması önerilir. Faz-toprak arıza akımları toprak röleleriyle iki şekilde algılanarak teçhizat korunur.

    7.1- Tor tipi akım trafosu kullanılarak faz akımlarının fazör toplamı alınır. Toprak arızası yoksa akımların toplamı sıfırdır. Bu dizayn şekli hassas ve kesindir.Sadece kablolarda uygulanır bara ve havai hatlarda kullanılmaz.

    7.2- Üç adet akım trafosunun kullanılması yaygın ve sık yapılan bir uygulamadır.Ancak özellikle geçici rejimlerde oluşan dengesizlikler akım trafo ünitelerinin manyetik yapı farklılıkları ve doymaya geçme durumlarında hassas ve kesin ölçme yapılamaz.

    7.3- Toprak koruma ayarı;
    Toprak korumanın ayarının seçiminde; doğruluk ve seçicilik göz önüne alınmalıdır.Toprak akımının algılanmasında üç adet akım trafosunun sekonder akımlarının toplamı kullanılıyorsa; özellikle akım trafosu ünitelerinin doyması durumunda faz-toprak arızası olmamasına rağmen sekonder devrede rezidüel akım (nötr akımı) oluşacaktır. Doyma olayı arıza üzerine kapatmalarda veya yük altında güç trafolarının devreye alınması anındaki geçici rejimler ve içindeki O.A. bileşeni nedeniyle akım trafolarının lineerliğinin bozulması neticesinde oluşur. Ve sekonder akımlarının fazör olarak toplamının sıfırdan farklı olmasını sağlar.Geçici rejimde oluşan doyma olayındaki akımın pik değeri on katına kadar çıkabilir. Bu sebepten dolayı üç akım trafosu kullanılarak elde edilen toprak koruma sisteminde geçici rejimlerin yarattığı olumsuzlukların önlenmesinde bir zaman gecikmesi olmalıdır.

    7.3.1- Toprak rölesinin akım ayar tepi akım trafosunun nominal sekonder akım değerinin %6 sından büyük olmalıdır. Önerilen en uygun ayar (%15-%20) In' dir. Örneğin; ISn=5 A için röle akım tepi; seçilmesi uygundur.
    Bununla birlikte güç trafosunun yıldız sargısının nötrüne yakın bir noktada oluşacak bir faz-toprak arızasında arıza akımının değeri küçük olacaktır.Bu nedenle; toprak rölesinin akım tepi genellikle empedans tarafından sınırlandırılan maksimum akım değerinin %20 sine ayarlanır. Bu şekilde sargının da %80 ni korunmuş olur. Örneğin sınırlandırılmış faz-toprak arıza akımı 1000 A ise nötr empedansı üzerindeki toprak rölesinin ayarı; göre yapılmalıdır.

    7.3.2- Özellikle kapasitif (sempati) akımlarının göz önüne alınacak seviyede olması durumunda fiderlerin birinde oluşacak faz-toprak arızasında kapasitif akımların sağlam fiderlerin toprak rölelerini gereksiz yere tetiklememesi için sağlam fiderin toprak rölesinin akım tepinin değeri; bu fiderden akacak kapasitif akım değerinden %30 daha fazla seçilmelidir.

    7.3.3- Bu arada şebekede akacak olan ve özellikle 3 üncü harmonikleri de hesaba katmak mümkün olabilir. Bu harmonikler birbirleriyle ayni fazda oldukları için toplamının üç katı olarak yıldız nötründen akarlar. Arızasız ve kararlı halde şebekede 3 ncü harmonikler üretilebilir. Netice olarak; trafonun nötr empedans rölesi ile fider toprak rölelerinin seçici bir koordinasyonu yapılmalıdır. Fider arızalarında trafo servisten çıkmamalıdır.Bu koruma emniyeti insan hayatı yönünden değildir. O.G. Şebekelerde bu tip bir koruma dizaynında nötr noktasının bir omik direnç üzerinden topraklanması diğerlerine göre daha uygun olacaktır.

    8- DİRENÇ ÜZERİNDEN TOPRAKLAMADA AKIM PARAMETRELERİ

    8.1- Nötr. direncinden geçen maksimum fa-toprak arıza akımı dir. (R>>Xtr. Kabulü ile)

    (A) IR= Faz-toprak arıza akımının omik bileşen değerlidir. Faz-nötr. gerilimi ile ayni fazdadır.Arıza akımının kapasitif karakterde olmaması gerekir. (Aksi halde arıza yerinden kapasitif görünen şebeke faz-toprak arızalarından zararlı boyutlarda geçici aşırı gerilimler oluşabilir.)

    8.2- Bu kriteri sağlamak için; olmalıdır. Uygun emniyetli değer için alınırsa aşırı gerilimlerin zararlı seviyesi bastırılmış olacaktır.

    8.3- rezistans arıza akım bileşeninin değeri kablo ekranlarına zarar vermeyecek şekilde ve maksimum arıza akımının değerlerinden daha küçük olmalıdır. Bu değerler kablo kesitine bağlı olarak normalde (5003000)A dır.

    8.4- Eğer şebekede Y.G li motorlar varsa A. önerilir. Ancak bu değerler (8.3) de belirtilen kriterle uyuşmuyorsa 50 A. re kadar olabilir.

    8.5- Alıcıdaki yükler yönünde iyi bir koruma sağlayabilmek için röle ayarlarının eşik değerleri olmalıdır.

    8.6- Fiderin birinde oluşacak faz-toprak arızasında dağılan kapasitif (sempati) akımları nedeniyle sağlam Fiderlerin toprak korumadan açmaması için olmalıdır. Sağlam Fiderin toprak rölesinin akım tepi ise aynı Fiderin normal şartlarda toprağa göre kapasitif akım değeridir.

    8.7- Fiderlerin toprak röleleri üç akım trafosunun sekonder devredeki toplamıyla ölçülüyorsa Fiderin toprak rölesinin akım tepi olmalıdır. Akım trafosunun sekonder nominal akımıdır. ( A için A .dır.)

    8.8- Nötr ile toprak arasına bağlanan direnç maksimum faz-toprak arıza akımına termik yönden dayanmalıdır.Arıza temizlenme zamanı (1-15)sn. arasında önerilir. Veya direncin zarar görmemesi için daha hızlı şekilde arıza temizlenmelidir.

    9- NÖTR NOKTASININ TOPRAKLAMA ŞEKİLLERİ
    Nötr noktasının bir omik dirençle topraklanmasında şu dizayn şekilleri ve teçizat kullanılır.

    9.1- Doğrudan dirençle toprak bağlantısı:

    9.2.2- Nötr direnci yerine (Şekil-4) gibi bir topraklama trafosu kullanılarak sekondere bağlanan kapatma direnci primer devrede fiktif (hayali) olarka bir nötr direnci yaratır. Her iki durumda da topraklama trafoları O.G. baralarına bağlanır.

    10- ŞEBEKENİN KAPASİTANS DEĞERLERİNİN HESABI

    Kablo şebekelerinde kabloların kapasitans değerleri dizayna bağlıdır.

    10.1- Tek damarlı kablo; (mono-faz) İletkenin etrafı ekranla sarılmıştır. (C) Kapasitans değeri; iletken ile topraklanmış ekran arasında ölçülür.

    10.2- Her damarı ayrı ekranlı üç fazlı kablo; Her damarın (c) kapasitansı her bir iletkenle topraklanmış ekranı arasında ölçülür.

    10.3- Kuşaklama üç fazlı kablo;

    (Şekil-7) Şematik olarak gösterilmiştir.Üç iletken damar tek ekranla kuşatılmıştır. Her bir iletkenin toprağa göre olan (C) kapasitansı ve iletkenler arasında da (K) Kapasitansı vardır.

    10.4- Kapasitansların hesabı;

    10.4.1-Mono-faz ve her damarı ayrı akranlı olan kabloların kapasitansları arasında belirsizlik yoktur.(C) fazile toprak arasındaki kapasitanstı. Sistemde arızasız ve normal işletme koşullarında V(faz-nötr) geriliminin fazla toprak arasında akıttığı Ic kapasitif şarj akımı tanımlanmıştır. Şebeke frekansında olmak üzere; dür.Kapasitif yük üç fazlı ve dengelidir.
    Şebekenin koruma sisteminde ve işletmede anormallik yaratmaz. Buna kapasitif şarj akımı adı da verilir.

    10.5- Pratikte; Kablo imalatçıları yıldız bağlı duruma göre şu şartlara göre verilmektedir.

    10.5.1- Her biri ayrı ekranlı kablolarda (C) kapasitansı

    10.5.2- Kuşaklı kablolarda (3K+C) kapasitansı (C) değeri normalde verilmez. Ancak istek durumunda üç test neticesine göre şöyle verilir;

    a) (C1) Kapasitans değeri;
    İletkenleekranlanmış diğer iletkenler arasında ölçülür.

    C1=2K+C

    b) (C2) Kapasitans değeri;

    Üç iletkenle ekran arasında C2=3C dir.

    c) (C3) Kapasitans değeri;
    İki iletkenle ekrana bağlanmış üçüncü iletken arasında ölçülür. Böylece C2 kapasitansının değeri doğrudan doğruya bağıntısından elde edilir.
#09.03.2010 10:06 0 0 0