1

SIRA NO K O N U SAYFA NO 11. SAYAÇLARIN YERİNDE TESTLERİ............... 290 12. ÜÇ TERİMLİ SAYAÇLAR............................... 297 12.1. Sayaç Karakteristikleri ve Özellikleri............ 297 12.2. Üç Terimli Aktif Sayacın Zaman Saati ile

Birlikte Bağlantı Şeması...............................

298 12.3. Üç Tarifeli Zaman Saati Karakteristikleri ve

Özellikleri....................................................

298

ORTA GERİLİM DAĞITIM SİSTEMLERİNDE OTOMATİK TEKRAR KAPAMA ÖZELLİKLERİ VE İLKELERİ

1. GİRİŞ........................................................... 300 2. ARIZA TÜRLERİ........................................... 300 2.1. Geçici Arızalar............................................. 300 2.2. Yarı Geçici Arızalar...................................... 300 2.3. Devamlı Arızalar.......................................... 301 3. TANIMLAR................................................... 301 4. O.G. DAĞITIM ŞEBEKELERİNDE TEKRAR

KAPAMA......................................................

304 5. O.G. TEKRAR KAPAMA TERTİPLERİNİ

ETKİLEYEN FAKTÖRLER.............................

305 5.1. O.G. Sistemlerinde Tekrar Kapama Ölü

Zamanının Müşteri Yüklerine Etkileri..........

306 6. KESİCİ KARAKTERİSTİKLERİ...................... 307 6.1. Çalışma Zamanı (Kontak Açılma + Ark

Sönme)........................................................

307 6.2. Antipompaj.................................................. 307 6.3. Mekanizma Sükunete Gelme Zamanı........... 308 6.4. Kapama Zamanı.......................................... 308 7. ARK ÜRÜNLERİNİN TEMİZLENMESİ............ 309 7.1. Arıza Yeri Deiyonizasyonu............................ 309 8. KORUMA RÖLELERİNİN TEKRAR KAPAMA

YÖNÜNDEN ÖZELLİKLERİ...........................

309 8.1. Rölenin Sükunete Gelme Zamanı................. 309 8.2. Toparlanma Zamanı..................................... 309 9. TEKRAR KAPAMA SAYISI............................. 310 FAYDALANILAN ESERLER........................... 312

2

PRİMER TEÇHİZATIN TANITIMI 1. GÜÇ TRAFOLARI Güç trafoları, belirli bir gerilimdeki elektrik enerjisini başka bir gerilime çevirmek için kullanılır. Güç trafoları, birkaç kVA’lık küçük trafolardan 500-1000 MVA’lık büyük trafolara kadar değişik güçlerde imal edilirler. 1.1 Nominal Akım Bir güç trafosunun (etiketinde belirtilen) nominal gücüne karşı düşen primer veya sekonder tarafının akımıdır. Örnek: Gücü 100 MVA olan 154/34,5 kV’lık bir trafoda primer tarafın nominal akımı: Nnom 100000 kVA

Ip.nom = --------- = ---------------- = 375 A’dır. √3.Vff √3.154 kV Sekonder tarafın nominal akımı ise; 100000

Is.nom = ------------ = 1673 A’dır. √3.34,5 Bazı güç trafolarının güçleri, cebri soğutma ile % 25 oranında arttırılabilir. Bu durum, trafo etiketinde belirtilir. Buna göre gücü artan trafonun nominal akımları da o oranda artar. 1.2. Nominal Gerilim güç trafoları, yüksek gerilimli enerjiyi düşük gerilimli enerjiye çevirerek enerjinin tüketilmesine imkan sağlar. Santralarda üretilen enerjinin uzak bölgelere iletimi, yüksek gerilimle yapıldığında ekonomik olur. Fakat enerjinin tüketilmesi söz konusu olduğunda gerilimin düşürülmesi şarttır. Örnek: 154/34,5 kV; 100 MVA trafoda; Np = primer güç = √3.154.375 = 100000 kVA Ns = sekonder güç = √3.34,5.1673 = 100000 kVA

3

1.3. Kısa Devre Gerilimi Bir trafoda, sekonder sargı kısa devre edildiğinde, primer sargıdan nominal akımın geçmesini sağlayan gerilime, kısa devre gerilimi Uk denir. Bu gerilimin primer nominal gerilime oranına da, nisbi kısa devre gerilimi %Uk

denir. (Şekil-1). % Uk = 100.(Uk/Vnom) %Uk = (Uk/Un).100 dür. %Uk = (In.Zk/In.Z).100 %Uk = (Zk/Z).100 Sekonderi kısa devre edilip primer sargı nominal gerilimle beslendiği zaman (teorik olarak) geçen akıma nominal KISA DEVRE akımı denir. Un Un/Z In Ik = ------- = ------------ = ------ Zk Zk/Z Uk In Ik = ------ olur. Uk Örneğin, Uk = %5 olan bir trafoda kısa devre akımı

Ik = In/0,05 = 20 x In olur. Nominal akımı örnek olarak 100 A. olan bir trafonun %Uk ‘sı 5 ise Ik = In/Uk = 100/0,05 = 2000 A. bulunur.

4

Bu nedenle sekonderi kısa devre edilmiş trafoların primerine nominal gerilimi tatbik edilemez. Tatbik edilebilecek gerilim değeri nominal akımın %120’ sini sağlayan gerilim değerinden fazla olamaz. 1.4. BAĞLANTI GRUPLARI Trafoların primer ve sekonder sargıları, yıldız veya üçgen bağlanır. Bağlantı grubuna göre, primer ve sekonder yıldız gerilimleri arasında bir faz farkı oluşabilir. Bu faz farkına göre, çeşitli bağlantı gruplarının önemi büyüktür. Tatbikatta en çok kullanılan beş bağlama grubu vardır. Bunlar, 0-1-5-6-11 grupları olarak adlandırılır. Bu sayılar, 30o ile çarpılırsa bulunan açı, o bağlantı grubunda primer ve sekonder sargı yıldız gerilimleri arasındaki faz farkını gösterir. (Sekonder geride kalmak üzere). Paralel çalıştırılacak olan trafoların aynı bağlantı grubunda olması gerekir. Yıldız-yıldız bağlı trafolarda, üçüncü harmoniklerin ana şebekeye geçmesini önlemek için bir tersiyer sargı (üçgen bağlı) kullanılır. 16 MVA ve daha büyük güçteki trafolarda genellikle tersiyer sargı bulunmaktadır. 1.4.1. Güç Transformatörlerinde Sargıların Bağlantı Şekilleri A. ÜÇGEN BAĞLANTI: (∆) ÖZELLİKLERİ: Her faza ait sargılar birbirleriyle kapalı bir devre oluştururlar. Her koldan geçen akım; If = Ih / √3 Her koldaki gerilim ; Uh= Uf B. YILDIZ BAĞLANTI ( λ ) ÖZELLİKLERİ: Her faza ait sargıların birer ucu birbiri ile birleştirilmiş olup diğer uçlara fazlar tatbik edilir. Birleşme noktasına yıldız noktası veya nötr noktası denir. Her koldan geçen akım: If = Ih Her koldaki gerilim : Uf = Uh /√3

5

C. ZİKZAK BAĞLANTI ( ) ÖZELLİKLERİ : Her fazın sargısı iki parçadır. Fazların dengeli yüklenmesini sağlar. Kullanılan iletken miktarı diğer bağlantı şekillerinden fazladır. 1.4.2. Sargıların Bağlantı Grupları ve Grup Açıları a. Kullanılan Semboller: Genellikle güç trafoları bağlantı şekilleri iki harf bir rakamla belirtilir. Örnek: Yd 1 gibi. Birinci harf primer sargının bağlantı şeklini gösterir. Yukarıdaki örnekte Y=Yıldız.

6

İkinci harf sekonder sargının bağlantı şeklini gösterir. Yukarıdaki örnekte d=Üçgen. Rakam primer ve sekonder gerilimleri arasındaki faz farkını gösterir. “Grup Açısı”. b. Grup Açısı Bir trafoda primerin bir fazına gerilim tatbik edildiğinde aynı fazın sekonderinde bir gerilim endüklenir. Bu iki gerilim arasındaki açıya “Grup Açısı” denir. Bağlantı gruplarında grup açısı 300 ye bölünerek bir sabite olarak verilir. Yukarıdaki örnekte grup açısı 1 x 30 = 300 dir. Bağlantı gruplarının ifadesinde kullanılan kısaltmalar.

Y - Yıldız y - Yıldız D - Üçgen d - Üçgen Z - Zikzak z - Zikzak

Büyük harfler primer için, küçük harfler sekonder için kullanılır. Grup açıları için kullanılan kısaltmalar :

0

- 0 x 30 = 00

1

- 1 x 30 = 300

5

- 5 x 30 = 1500

6

- 6 x 30 = 1800

7

- 7 x 30 = 2100

11

- 11 x 30 = 3300

7

8

9

1.5. Kısa Devreye Dayanma Süreleri Güç trafolarının % Uk değerlerine bağlı olarak ve imal edildikleri standarda göre, sekonder sargı çıkışlarında olacak üç fazlı bir kısa devreye hasar görmeden dayanabilecekleri maksimum süredir. Aşağıda örnek olarak, bu konudaki VDE standardı verilmiştir.

Yağlı ve Kuru Trafolarda Müsaade Edilen Kısa Devre Süreleri ( % Uk ) 3,4 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Kısa Devre Akımı Nominal Akım

28,5

25

20

16,7

14,3

12,5

11

10

9

8,3

7,7

7,2

İzin Verilen Kısa Devre

Süresi (sn)

Bakır Sargı

1,4

1,8

2,8

4

5,5

7,2

9

11

13

16

19

22

Al. Sargı

1

1,3

2

2,5

3,5

4

5

6

6

6

6

8

Kısa devre gerilimleri ile trafoların kısa devreye dayanma süreleri yakından ilgilidir. Transformatörlerin korunmaları koordine edilirken bu nokta bilhassa önemlidir. Röle koordinasyonu, meydana gelecek arızaların o trafonun kısa devreye dayanma süresi içinde giderilmesini temin edecek şekilde olmalıdır. Tablo-1’de VDE (Alman Mühendisler Birliği) Standardına göre % Uk ile kısa devreye dayanma süreleri arasındaki ilişki görülmektedir. ÖNEMLİ NOT: Son yıllarda TEK’in trafo siparişleri IEC standardına göre yapılmaktadır. Kısa devreye dayanma süreleri; trafo üzerinde (etiketinde) trafo standardı IEC 76/1967 ise 3 sn IEC 76/1976 ise 2 sn olarak kabul edilecektir.

10

1.6. Transformatörlerin Paralel Çalışması: Transformatörlerden çekilen toplam güç, transformatörün nominal gücünü aştığında, yapılacak iki işlem vardır. Birincisi bu trafonun yerine daha büyük güçlü bir trafo konarak değiştirilir. İkincisi ise bu trafoyla birlikte paralel çalışacak, çekilen gücü paylaşacak ikincisi bir trafonun seçilmesidir. Trafoların paralel çalıştırılmasında sirkülasyon akımlarına mani olmak ve trafoların nominal güçlerinde yüklenmesini sağlamak için aşağıdaki şartlar sağlanmalıdır. 1.6.1. Transformatörlerin Paralel Çalışması: 1. Trafoların bağlantı grupları aynı olmalıdır. Bu şartın gerçekleşmesiyle

sekonder tarafta gerilimlerin aynı fazda olması sağlanır. Örnek olarak birinci trafonun bağlantı grubu Dy 5 ise; ikinci trafonunki de Dy 5 olmalıdır.

2. Dönüştürme oranları eşit olmalıdır. Bu şartla gerilimlerin genliklerinin eşit olması temin edilir. Dönüştürme oranları arasında küçük bir fark varsa kısa devre empedans gerilimleri arasındaki fark % 10’dan küçük kalması şartıyla paralel çalışma kabul edilir.

3. Trafoların nominal güçlerinin aynı olması gerekir. Gerektiğinde güçler arasındaki oran 1/3 kadar olabilir.

4. Trafonun faz sırası ile sistemin faz sırası birbirine uymalıdır. 5. Nominal akımındaki kısa devre empedansı eşit olmalıdır. Bu şartın

gerçekleşmesi trafoların nominal güçleri ile orantılı olarak yüklenmelerini sağlar. Trafoların yüklenmesi kısa devre gerilimleri arasındaki bir farktan kısa devre gerilimi küçük olan daha çok yüklenir.

% Uk’ları eşit fakat güçleri farklı olan trafolar paralel çalıştırılırsa trafolar güçlerine orantılı yük alırlar. Bu durumda küçük güçlü trafolar aşırı yüklenmez. 1.6.2. Paralel Çalışan ve Nominal Güçleri ile Nominal Kısa Devre Gerilimleri Eşit Olmayan Trafolar Arasındaki Yük Dağılımı Paralel bağlı trafoların hepsi eşit ve ortak kısa devre gerilimine sahip olacak şekilde üzerlerine yük alırlar. Paralel bağlı trafolarının nominal güçleri N1, N2, N3 olsun. Kısa devre gerilimleri de Uk1, Uk2, Uk3 olsun. Toplam güce NT ve ortak (eşdeğer) kısa devre gerilimine de Uk dersek; NT N1 N2 N3 ------ = ------ + ------ + ------ olur. Uk Uk1 Uk2 Uk3

11

Buradan; NT Uk = ------------------------------------------ bulunur. N1 N2 N3 ----------- + ----------- + ---------- Uk1 Uk2 Uk3 Trafoların üzerlerine alacakları yüklere N1′, N2′ ve N3′ dersek Uk N1′ = N1 x -------- 1. Trafonun yükü, Uk1

Uk N2′ = N2 x -------- 2. Trafonun yükü, Uk2

Uk

N3′ = N3 x ------- 3. Trafonun yükü. Uk3

Örnek – 1 Aşağıda etiketleri verilen üç trafo paralel çalıştığında 510 KVA’lık toplam gücü aralarında ne kadar yük alarak paylaşırlar. 1. Trafo N1 = 100 KVA % Uk1 = 3,4 2. Trafo N2 = 160 KVA % Uk2 = 4,6 3. Trafo N3 = 250 KVA % Uk3 = 4 Çözüm:

510 Uk = -------------------------------- = % 4,02 100 160 250 ------- + -------- + -------- 3,4 4,6 4

Müşterek % Uk ya göre her bir trafonun üzerine alacağı yük: 4,02 N1′ = 100 x --------- = 118 kVA , + % 18 3,4 4,02 N2′ = 160 x --------- = 140 kVA, - % 12,5 4,6

12

4,02 N3′ = 250 x --------- = 252 kVA, + % 1 4 Görüldüğü gibi 1. trafo % 18 oranında aşırı yüklenmiştir. Buna karşılık 2. trafo nominal gücüne oranla % 12,5 daha az yüklenmiş, 3. trafo ise % 1′ lik fazlalıkla yüklenmiştir. Trafoların aşırı yüklenmelerine izin verilmediğinden trafolar ortak kısa devre gerilimleri % 3,4 olacak şekilde yüklenmelidirler. Buna göre trafoların yükleri; 3,4 N1′ = 100 x -------- = 100 kVA 3,4 3,4 N2′ = 160 x -------- = 118 kVA 4,6 3,4 N3′ = 250 x -------- = 213 kVA 4

Toplam = 431 kVA olması gerekir.

Şayet bu güç yeterli değilse bu gücü arttırmak için 100 kVA′ lık 1. trafonun % Uk′ sını daha büyük olan trafo ile değiştirmemiz gerekir. (En küçük % Uk büyütülmelidir). Örnek – 2 Güçleri N1 = 120 kVA ve N2 = 80 kVA olan trafoların % Uk‘ları ise % Uk1 = 3, % Uk2 = 3,2’dir. Bu trafoların bağlandığı devrenin toplam gücü 200 kVA’dır. Buna göre bu trafoların üzerlerine aldıkları yükleri hesaplayınız. Çözüm: Müşterek kısa devre gerilimi 200 Uk = ----------------------- = 3,077 120 80 -------- + --------

3 3,2 Trafoların yükleri 3,077 N1′ = 120 x ---------------- = 123,1 kVA 3

13

3,077 N2′ = 80 x ---------------- = 76,9 kVA 3,2 Görüldüğü gibi birinci trafo normal yükünden 3,1 kVA daha fazla yüklenmiş. Bu durum bu trafo için önemli bir tehlike arz etmez. Şu halde kısa devre gerilimleri arasında küçük bir fark varsa, trafoların paralel çalışması normale çok yakındır. 1.7. Trafolarda Soğutma Sistemleri Trafolar, akım taşırken ısınırlar, sargının sıcaklığı yağa geçer. Isınma miktarı, belli bir sınırı aştığında, izolasyonun zarar görmemesi için trafonun soğutulması gerekir. Sınır sıcaklığı, trafonun etiketinde verilmiştir. Kullanılan soğutma şekilleri, aşağıda gösterilmiştir. YAĞ DOLAŞIMI SOĞUTMA YÖNTEMİ SEMBOLÜ Doğal a. Doğal hava soğ. ONAN (self cooling) b. Cebri hava soğ. ONAF (Forced air cooling) Cebri a. Cebri hava soğ. OFAF (Forced air, Forced oil cooling) b. Cebri su soğ. OFWF (Forced water, forced oil cooling)

Tablo – 2 Örnek: Bir güç trafosunun etiketinde, nominal gücü 25/31,25 MVA ve soğutma şekli ONAN/ONAF olarak verilmişse bunun anlamı, trafonun, fanları çalıştırılmadığı takdirde sürekli 25 MVA ile fanları çalıştırıldığında ise sürekli 31,25 MVA ile yüklenebileceğidir. (% 25 güç arttırılabilir.) Vantilatör ve yağ sirkülasyon pompalarının kumandaları yağ sıcaklığını ölçen termometrelerle yapılır. Cebri hava soğutmalı trafolarda yağ sirkülasyon pompaları ilavesiyle trafo gücü % 66 arttırılabilir. 1.8. Güç Trafolarının Standart kVA Güçleri “IEC recommendation” na göre trafoların kVA güçleri 5-6, 3-8-10-12, 5-16-20-25-31, 5-40 katsayıları ile standardize edilmiştir. Bu değerleri 10, 100, 1000 ile çarpmak suretiyle standart güçler bulunabilir. 1.9. Gerilim Değiştirilmesi İşletmede sekonder çıkış geriliminin sabit tutulması gerekir. Çeşitli sistem ve yük şartlarında gerilim büyük değişmeler gösterir. Sistemdeki gerilim değişmelerini kompanze etmek ve sekonderde sabit bir gerilim elde etmek için transformatör sargılarına “tap” ‘lar ilave edilir. Bu “tap” ‘ların değiştirilmesi iki şekilde yapılabilir.

14

a. Boşta gerilim ayarı (off-circuit) Bu sistemde gerilimi değiştirmek için trafonun servis dışına çıkarılması gerekir. Ekonomik bir sistemdir. Fakat gerilim değiştirme sırasında enerjinin kesilmesini icap ettirdiği için önemli merkezlerde kullanılmaz. Genel olarak gerilim kademeleri ± 2 x 2,5 % ‘dir. Yük altında gerilim ayarı yapmaya kalkışıldığında otomatik olarak kesiciler açtırılır. b. Yük altında gerilim ayarı (on-load) Bu sistemde gerilim yük altında ve uzaktan kumandalı olarak değiştirilebilir. Genel olarak gerilim kademeleri ± 8 x 1.25 % ’dir. Sistem şartlarına göre + veya – kademelerin adedi değiştirilebilir. 1.9.1. Güç Trafolarında Kademe Hesaplamaları Trafo etiketinin okunması: Etiketinde 154 ± 4 % 2,5 / 34,5 kV yazan bir trafoda 154 : Primer gerilimini kV olarak ± 4 : + ve – yöndeki kademe sayısını, % 2,5 : Kademeler arasındaki primer geriliminin % 2,5 kadar fark gerilimi bulunduğunu (kademe değiştirme işlemi primerde yapılıyorsa), 34,5 : Sekonder gerilimini kV olarak gösterir. Bu etiket değerlerine göre bu trafonun kaç kademeli olduğunu ve kademelere ait gerilim değerlerini hesaplayalım. + yönde 4 adet, - yönde de 4 adet olmak üzere 8 kademe var. Bir de kendi nominal gerilim değerlerinin kademesi 154 / 34,5 kV olmak üzere toplam 9 kademesi vardır. Kademeler arası % 2,5 fark gerilimi vardır. 154000 ------------ x 2,5 = 3850 volt her kademe arası fark gerilimi bulunur. 100 Bu değeri 154 kV’a ilave etmek suretiyle + yöndeki, çıkartmak suretiyle de – yöndeki kademe gerilimlerini hesaplamamız mümkündür. Buna göre kademeler ve primer gerilimleri aşağıdaki gibi olur.

15

138.600-3.850

142.450-3.850

146.3003.850

150.150-3.850

154.000+3850

157.850+3.850

161.700+3.850

165.550+3.850

1 169.400

KADEME

34.5 kVKademe

9

8

7

6

5

4

3

2

Tablo – 2 2. KESİCİLER Hatlarda ve trafolarda çeşitli arızalar oluşmaktadır. Arızalanan teçhizatın en kısa zamanda gerilimsiz hale getirilmesi gerekir. Arızalar, röleler vasıtasıyla tespit edilip, kesicilere açma kumandası verilerek temizlenir. Bu sebepten, sistemde, kesicilerin önemi büyüktür. Ayrıca, bakım, manevra gibi nedenlerle, yüklü olan bir hattın veya trafonun gerilimsiz bırakılması da kesiciler açılarak sağlanır. Özet olarak, kesiciler, yük akımlarını ve kısa devre akımlarını kesmeye yarayan cihazlardır. Kesici kontakları açılırken veya kapanırken meydana gelen arkın söndürülme şekil ve ortamına göre, değişik tiplerde imal edilirler. a. Basınçlı havalı, b. Az yağlı, c. Yağlı, d. SF6 gazlı. 2.1. Havalı Kesiciler Bu tip kesicilerde kesicinin kumandası ve arkın söndürülmesi yüksek basınçlı hava ile gerçekleştirilir. Bunun için gerekli olan yüksek basınçlı havayı temin eden kompresörler, havanın depolanması ve dağıtımı için gerekli tank ve boru tesisatı sistemin çok pahalı olmasına yol açar. Merkezdeki kesici sayısı arttıkça basınçlı hava tesisatından gelen masrafların kesici başına düşen maliyeti azalır ve daha ekonomik olur.

16

Bu kesiciler pahalı olmasına rağmen şu avantajları vardır: a. Çok yüksek gerilim, akım ve açma kapasitesinde imal edilebilirler. b. Çalışma süratleri yüksektir. c. Arkın sönme süresi kısadır. d. Üst üste açıp kapamaya dayanımları fazladır. e. Yüksek süratli tekrar kapamaya müsaittir. f. Bakım ihtiyaçları azdır. Bu avantajlardan dolayı, yüksek ve çok yüksek gerilimli sistemlerde, geniş kullanım alanına sahiptir. 2.2. Az Yağlı Kesiciler Az yağlı kesiciler ucuz kesicilerdir. Montajları kolaydır. Buna mukabil birkaç tam kısa devre açmasından sonra, kontaklarının ve izolasyon yağının değiştirilmesi gerektiğinden fazla bakıma ihtiyaç gösterirler. Sistemimizde, 154 kV’ ta, 3500 MVA’e kadar ve daha küçük gerilimlerde hemen her yerde az yağlı kesiciler, ekonomik sebeplerle kullanılmakta ve daha uzun süre önemlerini yitirmeyecekleri anlaşılmaktadır. Bu tür kesicilerin kumandası motor-yay mekanizması ile yapılmaktadır. 2.3. Tam Yağlı Kesiciler Bu tip kesicilerin ana kontakları tamamen yağın içindedir. Fazla izolasyon yağına ihtiyaç gösterirler. Hacimleri büyüktür. Bu yüzden sistemimizde yaygın olarak kullanılmamaktadırlar. 2.4. SF6 Gazlı Kesiciler Tamamiyle kapalı tip kesicilerdir. Hacimleri çok küçüktür. Ana kontaklar, elektronegatif özelliği olan sülfür hekza florür (SF6) gazı içerisinde açılır. Gazın özelliği nedeniyle ark kolayca söndürülür. Bina içi tesisatta çok ekonomi sağlar. Son yıllarda geniş tatbikat alanı bulmuştur. 2.5. Kesici Açma (Kesme) Kapasitesi Kesicilerin etiketinde açma kapasiteleri, akım veya güç cinsinden verilir. Bunun anlamı aşağıdaki örneklerle açıklanmıştır. Örnek 1: Nominal gerilimi 35 kV olan bir kesicinin etiketinde, açma kapasitesi olarak 10 kA verilmişse (bu değer etikette “Simetrik kesme akımı” ibaresiyle verilir), kesicinin kontakları 10 kA’lik akımı kesebilir. Yani bu kesicinin açma gücü;

N = √3. 35.10 = 600 MVA’dır.

17

Örnek 2: Nominal gerilimi 15,8 kV olan bir kesicinin etiketinde kesme kapasitesi olarak 250 MVA yazılı ise, bu kesici 250 I = ------------------- = 9,6 kA’lik arıza akımını keser demektir. √3.15,8 9,6 kA’den büyük arıza akımının geçebileceği yerlerde, bu kesici kullanılmaz. Ayrıca kesicilerin etiketinde kesicilerin taşıyabileceği nominal akım da verilir. Bunun, kısa devre akımıyla ilgisi yoktur. Kesicinin sürekli taşıyabileceği akım değeridir. Kesicilerin seçimi: Kesiciler aşağıdaki karakteristiklere göre seçilir: - İşletme gerilimi, - Maksimum işletme gerilimi, - İzolasyon gerilimleri, - Nominal akımı, - Simetrik açma akımı, - Asimetrik açma akımı, - Kapama akımı, - Kapasitif ve Endüktif açma akımları, - Kısa süreli dayanma akımı, - Açma kapama ve tekrar kapama zamanları, - Çalışma işlemleri sıralaması (detaylı bilgi için bak sh-310) 3. AYIRICILAR Ayırıcılar, elektrik teçhizatının geriliminden izole edilmesi için kullanılır. Akım kesme, yani yük altında açılma özellikleri yoktur. El kumandalı, motor kumandalı veya basınçlı hava kumandalı olurlar. Ayırıcıların Seçimi: Ayırıcılar aşağıdaki karakteristiklere göre seçilir. - İşletme gerilimi, - Maksimum işletme gerilimi, - İzolasyon gerilimleri, - Nominal akım, - Kısa süreli dayanma akımı.

18

4. KESİCİ VE AYIRICI ARASINDAKİ KİTLEMELER a. Kesiciler, yük altında, ayırıcılar ise yüksüz durumda gerilimi kesen teçhizattır. Eğer ayırıcılar, yük altında açılırsa, çok büyük ark oluşur ve teçhizat hasarlanır. Mal ve can güvenliği yönünden çok tehlike arz eden böyle yanlış bir işlemin, dikkatsizlik sonucu yapılmasını önlemek için elektrik veya mekanik kitlemeler yapılır. Kilitlemede ana ilke, kesici kapalı iken ayırıcıya açma ya da kapama kumandası verilmesini önlemek, sadece kesici açıkken ayırıcı manevrasına izin vermektir. Şekil-2’ de kitlemenin prensip şeması gösterilmiştir. Şekil – 2’ de basit bir fider şeması görülmektedir. Şemadan anlaşılması gereken şudur. Bu fiderde, bir bara ayırıcısı (Ay1), bir kesici (Ke), bir hat ayırıcısı (Ay2) ve toprak ayırıcısı (TAy) vardır. Ay1 ve Ay2 ayırıcıları kesici ile Şekil-2b’de görüldüğü gibi elektrik olarak kilitlidir. TAy ise Ay2 ile mekanik olarak kilitlidir. Yeni toprak ayırıcısı, ancak hat ayırıcısı açıkken kapatılıp hat topraklanabilir ve topraklı hattın toprak ayırıcısı açılmadan hat ayırıcısı kapatılamaz. Mekanik kitlemede, eğer kitleme kesici ile ayırıcı arasında yapılırsa çalışma şekli şöyledir: Bir anahtar hem kesici üzerinde hem ayırıcı üzerinde kilidi vardır. Bu anahtar her fider için bir tanedir. Anahtarın kilidi öyle yapılmıştır ki, anahtar kilide sokulmadan ayırıcı açılıp kapatılamaz. Halbuki anahtar normalde kesicideki kilit üzerinde durur ve anahtar çıkarıldığında kesici otomatik olarak açar. Yani ayırıcı açılacağı zaman önce anahtar kesici açılıp oradaki kilidinden alınır sonra ayırıcıdaki kilidine sokulup ayırıcıya manevra yaptırılabilir. Kesicinin tekrar kapatılabilmesi için anahtarın gene ayırıcı üzerinden alınıp kesicideki kilidine sokulması şarttır. Aksi takdirde kesici kapama yayı kurulmaz. Bu tür kitleme kesici ile bara ve hat ayırıcıları arasında kullanılır.

19

Ayırıcılar arasındaki mekanik kitlemede kilit her iki ayırıcının hareket eden kısımlarını birleştiren metal parçadır. Bu metal parça sayesinde ayırıcının biri açılırken diğerinin kapanması veya biri kapanırken diğerinin açılması sağlanır. Bu tür kitleme hat ve toprak ayırıcıları arasında kullanılır. Elektriksel kitlemede ise (Şekil – 2b’de görüldüğü gibi) kesicinin açıkken kapalı kontağında bekleyen doğru gerilimin pozitif ucu, kesici açıldığı zaman (şekil bu durum için çizilmiştir) kontaktan geçerek (Kç), ayırıcıların hareketini sağlayan kolların dibindeki kilit çözme bobininin içindeki boşlukta hareket edebilen bu pim, kilit çözme butonuna basılıp pozitif gerilimim kilit çözme bobinine uygulanmasıyla (bu bobinin diğer ucunda negatif gerilim sürekli vardır) yani bobinin enerjilenmesiyle hareket edip diskin içindeki delikten çıkar. Bu esnada ayırıcı kolu hareket ettirebilirler, yani ayırıcı açılıp kapatılabilir. Bu düzen bir fiderin kesicisi ile bara ve hat ayırıcıları arasında kitleme için kullanılabileceği gibi, transfer fiderinin kesicisi ile her fiderin transfer ayırıcısı arasında kitleme için veya bir fider kesicisinin kapalı iken kapalı olan kontağından yararlanarak o fiderin by-pass ayırıcısının kilitlenmesinde kullanılır. Burada anlatılan prensipten hareketle, çeşitli bara ve fider durumlarında ayırıcı, kesici kitlemeleri düzenlenebilir. b. Şekil – 3a’da görülen by-pass ayırıcılı fiderde, manevra emniyeti ve can güvenliği açısından Ay3 ayırıcısının yük altında açılıp kapatılmaması için Şekil – 3b’de prensip şeması verilen kitleme düzeni kullanılabilir.

20

Şekilden görüleceği üzere, Ay-1Ke-Ay2 kapalı iken kapalı olan hareket sonu kontakları üzerinden Ay3’e kilit çözme pozitifi gelir. Bu üç teçhizattan en az biri açıksa Ay3’ün kilidi çözülemez ve Ay3 açılıp kapatılamaz, (Şekil – 3b’de, normal şema tekniğine uygun olarak kontaklar, ilgili teçhizatın açık konumunda çizilmiştir). c. Transfer baralı düzende durum, Şekil – 4’de verilmiştir. Fiderin 1Ay1 (bara) ve 1Ay2 (hat) ayırıcılarını açıp kapatabilmek için TKe fider kesicisinin muhakkak açık olması gerekmektedir. 5. BARA SİSTEMLERİNİN ŞEMATİK OLARAK TANITILMASI Baralar, elektrik teçhizatının birleştiği düğüm noktalarıdır. Uygulamada, en çok karşılaşılan bara tipleri şunlardır. a. Basit tek bara, b. Çift bara, c. Ana bara + transfer bara, d. Çift bara + transfer bara, e. Kare bara (ring bara).

21

5.1. Basit Tek Bara Şekil – 5’de görülen tek bara düzeninde, generatör veya trafonun kesicisinde bir arıza olması halinde tüm fiderlerin enerjisi kesilecektir. Bu düzenler kesintinin (intikanın) önemli olmadığı yerlerde kullanılabilir. 5.2. Çift Bara Şekil – 6’da görüldüğü gibi, bu bara düzeninde, bir merkezde mevcut iki adet trafonun ayrı baralar üzerinden ayrı fiderleri beslemesi mümkündür. Yani kısa devre gücünün büyük olduğu trafo merkezlerinde, kısa devre gücünü azaltma imkanı verir. İstendiğinde, kuplaj kesicisi kullanılarak iki trafo, paralel çalıştırılabilir.

22

5.3. Ana Bara + Transfer Bara Şekil – 7’de görüldüğü gibi, bu bara düzeninde, fider kesicilerinden birinde, bir tamir veya değiştirme söz konusu olduğunda transfer kesici ve arızalı kesicinin bulunduğu fiderin transfer ayırıcısı üzerinden fider beslenebilir. Buraya kadar anlatılan bara düzenleri, daha ziyade, 154 kV veya daha alt gerilimli trafo merkezlerinde, diğer bara düzenleri ise genellikle 380 kV trafo merkezlerinde kullanılmaktadır. 6. ŞÖNT KAPASİTÖRLERİ TEK sisteminde, kapasitörler, Şekil – 8’de gösterildiği gibi; 34,5 kV baralara bağlanmaktadır. Güçleri, barayı besleyen trafo nominal gücünün % 20’si mertebesinde seçilmektedir. Şönt kapasitörler, genelde, tüketicilerin ihtiyaç duyduğu reaktif enerjiyi üretmek için kullanılırlar. Şönt kapasitör kullanılmadığı durumda, reaktif enerji, şebekeden çekilir. Bu ise; a. Generatör, trafo ve hatların, gereksiz yere reaktif akımla yüklenmesine ve

bu yüzden kapasitelerinden tam olarak istifade edilememesine, b. Yükün çekildiği barada ilave gerilim düşümlerine, c. Hat ve trafolarda ilave ısı kayıplarına neden olur.

23

Şönt kapasitör kullanılmakla a,b ve c şıklarındaki istenmeyen durumlar ortadan kaldırıldığı gibi kapasitörler grup grup devreye sokulup çıkarılarak bara gerilimi, istenilen sınırlar içinde tutulabilir. Yani gerilim regülasyonu (düzenlemesi) yapılabilir. 7. HAVAİ HAT VE KABLOLAR Elektrik enerjisinin iletim ve dağıtımı havai hatlar ve yer altı kabloları ile yapılmaktadır. Genel olarak enerji nakil hatlarında, bakır iletkenlerin yerine daha ucuz ve daha hafif olan alüminyum iletkenler kullanılmaktadır. Örgülü veya çelik özlü alüminyum iletken kesitleri, bakır iletkenler gibi mm2 normunda verilmez AWG (Amarican Wire Gauge – Amerikan Tel Ölçüleri) veya CM (Circular Mils) olarak adlandırılan birimler cinsinden verilir.

1 CM = Çapı 0,001 inç olan daire alanı = 5067.10-7 mm2 1 MCM = 1000 CM = 0,5067 mm2’dir.

Aşağıdaki tabloda örnek olarak, TEK sisteminde en çok kullanılan çelik alüminyum iletkenlerin akım taşıma kapasiteleri verilmiştir:

Kesidi (MCM) Akım Taşıma Kapasitesi (A)

954 1010 795 900 477 670

266,8 460 Kablolar, elektriksel olarak yalıtılmış iletkenlerdir. Elektrik sistemlerinde, kontrol ve sinyalizasyon bilgilerinin iletimi, sekonder akım ve gerilimlerin taşınması ve enerji naklinde kullanılırlar.

24

8. PARAFUDRLAR 8.1. Aşırı Gerilimler Şebeke izolasyonu, şebekedeki kesicilerin açma kapamalarının sebep olduğu dahili aşırı gerilimleri ile tesisin yakınına veya kendisine düşen yıldırımın meydana getirdiği aşırı gerilimlerle zorlanır. Koruma sistemi doğru çalışan bir sistemde yüksek endüktif devreler hariç tutulursa, dahili aşırı gerilimler sistem geriliminin 2 katını genellikle aşmaz. Gerilimin, izolasyonu zorlama süresi birkaç yarım periyottur. Şebeke izolasyonu bu gerilimlere dayanabilir. Birkaç yüz kV’den birkaç bin kV’ye kadar yükselen ve süresi çok kısa mikrosaniye mertebesinde olan harici aşırı gerilimlerin tesirinden şebekeyi korumak için, bilhassa şarjlı bölgelerde toprak iletkeni ve uygun yüksek gerilim koruma cihazları ile teçhiz edilirler. Parafudr, sistemin emniyet subabı gibi çalışır. Aşırı gerilim dalgası en yüksek değere ulaştığı zaman bunu yere akıtır. Bir parafudr, bir direnç ile buna seri bağlı bir eklatörden ibarettir. Bir fazla toprak arasına bağlanırlar. Aşırı gerilim atlama gerilimi denilen değere ulaşınca eklatör çalışır. Aşırı gerilim belli ikinci bir değere inince direnç değeri büyüdüğünden eklatör çalışması durur. Bu değere, ark sönme gerilimi denir. Parafudrların karakteristiği genellikle teçhizatın “impulse” test geriliminin % 80’ini aşmayacak şekilde seçilir. Parafudrların seçiminde ayrıca sistemin topraklı veya topraksız olduğuna dikkat etmek gerekir. Parafudr ile koruyacağı cihaz arasında, yıldırım darbesi riskini azaltmak için, parafudr teçhizatın mümkün olduğu kadar yakınına konmalıdır.

25

8.2. Parafudr Seçimi Şebekede kullanılacak parafudrların minimum nominal gerilimi için şu kriterler kullanılır. a. Direkt (efektif) topraklı sistemlerde

Vmin.nom = 1.1 x 0.8 x Vnom (kV) Örnek: Vnom = 154 kV. Vmin.nom = 1.1 x 0.8 x 154 = 135 kV. olmalıdır. b. İzole (yalıtılmış) sistemde

Vmin.nom = 1.1 x Vnom (kV) Örnek: Vnom = 34.5 kV. Vmin.nom = 1.1 x 34.5 = 37.95 kV. = 38 kV. seçilmelidir.

26

ÖLÇÜ TRAFOLARI 1. TANIMI: Alternatif akım elektrik tesislerinde, gerek akımı, gerekse gerilimi, belli oranlarda küçültmeye yarıyan özel trafolardır. Kullanılış amaçları şöyle sıralanabilir. a. Ölçü aletleri ve koruma rölelerini primer gerilimden izole ederek güvenli

çalışmaya imkan sağlarlar. Yüksek gerilimli şebekelerde, gerek ölçü aletlerini, gerekse koruma rölelerini şebekeye doğrudan bağlamak izolasyon güçlüğü nedeniyle mümkün değildir. Örneğin, 154 kV gibi bir gerilim, aynı özelliklerde fakat 100 V değerinde bir gerilimle temsil edilebilirse, güvenlik içinde ve kolayca temin edilen bir izolasyona sahip ölçü aletleriyle ölçülebilir. Bu söylenilenler akım ölçümü için şöyle yorumlanmalıdır. Bir ampermetreyi, doğrudan yüksek gerilime bağlamak mümkün değildir. Her primer gerilimden izole edilmiş bir devrede, hem de geçen akımın özelliklerini taşıyan, fakat belli oranda küçültülmüş bir değerde ölçü yapmak çok daha kolaydır. b. Ölçü trafoları ile değişik primer değerlere karşılık, standart sekonder

değerler elde edilir. Ölçü trafolarının primer büyüklükleri, standart olmakla birlikte çok değişik değerlerde olabilir. Gerilim trafosu için 6,3–10, 5–15–31, 5-34, 5-35 kV gibi ve daha yüksek değerlerde birçok standart primer gerilim kademesi vardır. Buna karşılık gene gerilim trafosu için 100 V ve 110 V gibi az sayıda standart sekonder gerilim kademesi vardır. Böylece bir ölçü aletinin tüm ölçü trafoları ile birlikte kullanılması sağlanmış olur. Ölçü aletlerinin skalaları, ölçü trafolarının sekonderlerindeki değerlere göre değil, ölçü trafosunun bağlı olduğu esas şebekenin akım ve gerilimine göre düzenlenir. Örneğin, üzerinde 35/0,1 kV yazan bir voltmetrenin terminallerine 100 V uygulandığında, ibresi 35 kV değerini gösterir. Eğer bu voltmetre, 154 kV sistemde kullanılmak istenirse, üzerindeki skala silinip 100 V, 154 kV’a karşı gelmek üzere yeniden skala tanzim edilmelidir. c. Ölçü trafoları, akım ve gerilim devrelerinde çeşitli bağlantılar yapılmasına

imkan verir. İki ve daha fazla akımın toplanması, çıkarılması, faz akımlarının değişik gruplarda üçgen bağlanması, akım trafoları sayesinde yapılır. Gerilim trafoları ile de gerilimlerin toplanması, çıkarılması ve açık üçgen bağlanması temin edilir. d. Ölçü trafolarının kullanılması, ölçü aletlerinin ve rölelerin küçük boyutlu

imal edilmesine imkan verir.

27

400 V’luk bir devreye ampermetre, sayaç, watmetre gibi akımla çalışan ölçü aletleri doğrudan bağlanabilir. Doğrudan bağlanmanın, pratik açıdan mümkün alamayacağı, devreden geçen akımın değerine bağlıdır. Genellikle 100 A’den büyük değerlerde, ekonomik nedenlerle doğrudan bağlama kullanılmaz. Bu durumlarda akım trafosu kullanılır ve böylece aletlerin boyutları çok daha küçük olur. Bu ise, doğrudan bağlamaya göre daha ekonomik bir çözüm şeklidir. 2. AKIM TRAFOLARI Bağlı oldukları devreden geçen akım, istenilen oranda küçülterek, bu akımla sekonder terminallere bağlı aletleri besleyen ve onları yüksek gerilimden izole eden özel trafolara, akım trafoları denir. 2.1. Akım Trafolarının Yapısı En basit haliyle Şekil – 1’de gösterilen bir akım trafosu, şu parçalardan oluşur: a. Manyetik nüve, b. Primer sargı, c. Sekonder sargı, d. İçi özel yağ ile dolu kazan, e. İzolatör. İzolasyon, yağlı tip akım trafolarında yağ ile, kuru tiplerde ise sentetik reçine ile sağlanır. Primer sargı, bir tur olabileceği gibi 250 sarıma kadar çıkabilir. Sekonder sargı, 50 turla 250 tur arasında akım trafosunun gücü ile değişen sarım sayısına sahiptir. Manyetik nüve, kristalleri yönlendirilmiş, özel silisli saçtan yapılmıştır. 2.2. Akım Trafolarında Nominal Akımların Tanımı Şekil – 3’de P1-P2 ile gösterilen primer sargı, primer devreye bağlanır. Primer sargıdan geçecek akımlar, standartlarda belirtilmiştir. Türk standartlarına göre, 10-12, 5-15-20-25-30-40-50-60-75A veya bunların on katları ve ondalıkları kullanılır. Altı çizili olan değerler, en çok kullanılanlardır. Sekonder devreden geçecek akım da gene Türk standartlarına göre, 5A, 2A ve 1A değerlerinden biridir. En çok 5A değeri kullanılmaktadır. Akım trafoları devrede iken, sekonder devre kesinlikle açılmaz. Açılması halinde, sekonder devrede, insan yaşamı ve cihazlar açısından tehlike arz edecek büyüklükte gerilimler oluşur.

28

2.3. Akım Trafolarında Oran Akım trafolarının kullanım amaçlarından birinin, primerden geçen akımın belli bir oranda küçülterek, sekonder devreye bağlanan cihazlardan geçmesini sağlamak olduğu, daha önce belirtilmişti. Primerden geçen akımın, sekonder akıma bölümüne, akım trafosunun çevirme oranı (ATO) denir. 400/5 oranlı bir akım trafosunun primerinden 400 A akım geçtiği zaman sekonderinden 5 A geçecek demektir. Burada oran, ATO = 400/5 = 80’dir. Aynı akım trafosunun primerinden 100 A akım geçtiğinde, sekonderden, 100/80 = 1,25 A akım geçer. Akım trafosunun oranı belirtilirken, 400/5 A veya 150/1 A şeklinde yazılmalıdır. Böylece akım trafosunun oranı belirtilirken aynı zamanda primer ve sekonder nominal akımlar da verilmiş olur. Akım trafoları, nominal akımlarının % 20 fazlasına kadar yüklenebilirler. Örneğin, 400/5 A oranlı bir akım trafosunun primerinden 480 A geçirildiğinde herhangi bir tehlike söz konusu olmaz. Bu durumda, sekonderden de 6 A geçecek demektir. 2.4. Akım Trafolarında Oran Testi Akım trafolarında oran testi yapmak için, primer akımın an az % 10’unu verebilecek bir akım kaynağı, primer ve sekonder sargı akımlarını ölçebilecek iki ampermetre ve bağlantı kabloları gereklidir. Şekil – 2’de bir akım trafosunun oran testi için devre şeması verilmiştir. Gerilimi, akıma dönüştüren akım kaynağı, varyak tarafından kontrol edilerek istenen akıma ayarlanır. Gerilim devresindeki dalgalanmalar, akım devresine de geçeceğinden, primere bağlı ampermetre ile sekondere bağlı ampermetre aynı anda okunmalıdır.

29

2.5. Akım Trafolarında Polarite Bir çok hallerde, özellikle watmetrik ölçülerde, akımın giriş yönü önemlidir. Gerek doğrudan gerekse akım trafosu üzerinden yapılan bağlantıda akımın polarite ucu bilinmelidir. Akım trafolarında, akımın, primerde girdiği ve sekonderde çıktığı uçlara, polarite uçlar denir. Primerde polariteyi P1 ile veya K ile göstermek mümkündür; buna göre, sekonder polarite uç da s1 ile veya k ile gösterilir. Polarite olmayan uçlar, primerde, P2 veya L; sekonderde, s2 veya 1 ile gösterilir. Şekil – 3a’da doğrudan bağlanan, Şekil – 3b’de ise, bir akım trafosu üzerinden beslenen bir watmetrenin bağlantı şeması gösterilmiştir. 2.6. Akım Trafolarında Polarite Tayini Polarite uçları bilinmeyen bir akım trafosunun, polarite uçlarını bulmak için, Şekil – 4’de görüldüğü gibi, primer sargı uçlarına, bir pil, bir anahtar ile seri bağlanır. Sekonder sargı uçlarına ise, bir D.A. ampermetre bağlanır. Ampermetrenin 100 mA kademesi, yapılacak ölçme için uygundur. Test, anahtarı birkaç saniye süreyle kapalı tutup, kapama esnasında ampermetre ibresinin, sapma yönünü gözlemesinden ibarettir, (Anahtarın kapatılması ve tekrar açılması esnasında ibrenin sapma yönü birbirine ters olacağından, anahtarın birkaç saniye süreyle kapalı bırakılması önerilmiştir; aksi takdirde göz yanılması olabilir).

30

Anahtarın kapatılması anında, ölçü aleti doğru yönde sapma göstermişse, pilin ve ampermetrenin (+) uçlarının bağlı olduğu primer ve sekonder uçlar, polarite uçlardır. Şekil – 4a’da görüldüğü gibi, bu uçlar, P1 ve s1 diğer uçlar da P2 ves2 harfler ile işaretlenir. Eğer anahtarın kapatılması anında, ibre ters yönde sapmış ise, bu takdirde, ampermetrenin (+) ucunun bağlı olduğu sekonder sargı ucu primerde, pilin (-) ucunun bağlı olduğu uca karşılık düşer. Bu halde, işaretleme, Şekil – 4b’deki gibi yapılır. Uçları işaretli bir akım trafosunun, doğru işaretlendiğinden emin olmak amacıyla, polarite testi yapılırsa ve test sırasında; P1 ucu, pilin (+) ucuna; s1 ucu, ampermetrenin (+) ucuna bağlanmışsa, anahtarın kapatılması anında, ibre, doğru yönde saparsa, uçlar doğru işaretlenmiş, ters yönde saparsa, uçlar yanlış işaretlenmiş demektir. 2.7. Akım Trafolarının Şematik Gösterilişi Şekil – 5 a ve b’de akım trafolarının tek hat; c, d ve e’de ise gelişim şemalarında gösterilişi verilmiştir. TEK’de en çok, Şekil –5 a ve c’deki gösterilişler kullanılmaktadır.

31

2.8. Akım Trafolarında Bağlanacak Yük Akım trafolarının, tüm trafolar gibi, kendisinden beklenen görevi yerine getirmeleri için gerekli şartlardan biri de sekonder devreye bağlanacak yükün, etiketinde yazılan değerden fazla olmamasıdır. Sekonder devreye bağlanacak yük, VA cinsinden verilir. Empedans biliniyor ise, N = I2.Z bağlantısı ile yük hesaplanabilir. Akım trafolarının yükü gücünü belirleyeceğinden bağlanacak sekonder teçhizatın özelliğini bilmek gerekir. Çok kullanılan teçhizattan belli başlıcalarının yükleri şöyledir.

Ampermetre, Sayaç, Voltmetre : 0,5 – 1,5 VA Aşırı Akım Röleleri (Endüksiyonlu) : 5 – 20 VA Mesafe Koruma Röleleri : 20 – 30 VA

Akım devresinde kullanılan kablolar uzun ise yük yönünden etkileri incelenmelidir. 4 mm2 kesitli bakır kablonun 1 metresinin direnci 0,00446 Ω’dur. İletkenden 5 A akım geçerken 1 m kabloda harcanacak güç N = I2.R = 52 x 0,00446 = 0,1115 VA’dir. 50 m uzunlukta bir kablo için bu güç 5,58 VA’dir. Bu önemli olmayabilir. Oysa 500 m için bu güç 55,8 VA eder ki akım trafoları için büyük bir değerdir. Aynı devrede, sekonderi 1 A olan akım trafosu kullanılsaydı, kabloda harcanacak güç:

N = I2 x 0,00446 x 500 = 2,23 VA olurdu. 2.9. Çok Oranlı Akım Trafoları Akım trafolarının primer sargılar, değişik bağlantı şekilleri ile değişik primer akımlarında kullanılabilir. Şekil – 6’da görülen akım trafosu (a) bağlantısında 400/5, (b) bağlantısında 200/5, (c) bağlantısında ise 100/5 oranı ile kullanılabilir.

32

Şekil – 7’de ise oranı sekonderden değişen akım trafosu görülmektedir. Böyle bir trafoda sadece bir oran kullanılabilir ve kullanılmayan uçlar kısa devre edilmez. Aynı akım trafosunda hem primer hem sekonderden oran değişikliği yapılabilir. Bağlantı şekilleri etiketlerde bulunur. Yukarıdaki düşünce şekli ile deneyle de bulunabilir. 2.10. Akım Trafolarında Doyma Akım trafolarının % 120’ye kadar yüklenmeleri halinde hataları sınıfları içinde kabul edilir. Ancak arıza sırasında, primerden büyük akımlar geçeceğinden kullanılış amacına göre sekonderden aynı orandaki akımın geçmesi istenmeyebilir. Ölçü aletleri normal işletme şartlarında çalıştıklarından % 120’den daha çok yüklenecek şekilde imal edilmezler. Bu yüzden büyük akımlar ölçü aletlerinde hasara yol açabilir. Bunun için ölçü devresinde kullanılan akım trafolarının sekonder akımlarının nominal akımın 5 katından büyük olması istenmez. Nominal akımın 5 katından önce manyetik çekirdeği doyan bir akım trafosu bunu gerçekleştirir. Koruma devrelerinde kullanılan koruma röleleri ise arıza sırasında çalıştıklarından rölelerin seçiciliğini sağlamak amacı ile nominal akımın en az 10 katına kadar çevirme oranının bozulmaması gerekir. Yani bu amaçla kullanılan akım trafoları nominal akımın 10 katına kadar doymayacak şekilde imal edilirler. Bu durum akım trafolarının etiketlerinde, n<5, n>10 şeklinde belirtilir. N<5 ölçü amaçlı akım trafosu, n>10 ise koruma amaçlı akım trafosu anlamındadır. 2.11. Akım Trafolarında Doyma Eğrilerinin Çıkarılması Akım trafolarının etiketinde yazan (n<5 veya n>10 şeklinde) doyma katsayıları, gerekli hallerde test edilerek bulunmalıdır. Bunun için Şekil – 8’de gösterilen devre kurulur.

33

Şekil – 4’de örnek olarak alınan çift sekonderli akım trafosunun bir sekonderine, varyak ile sıfırdan başlamak üzere gerilim uygulanır. Primer ve diğer sekonder açık durumdadır. Ampermetre ve voltmetreden okunan akım ve gerilim değerleri belli aralıklarla tespit edilip yazılır. Güvenli bir değer elde etmek için 1 A’e kadar çıkmak genellikle yeterlidir. Elde edilen değerler ile milimetrik kağıda grafik çizilir, (Şekil – 9). Akımın ilk değerleri için gerilimin artışları oldukça lineerdir. Akımın % 50 artışına karşı, gerilim artışının % 10’a düştüğü noktaya (diz noktası, Kn) karşı düşen akım değeri, doyma değeridir. Örnek: 200/5 – 5 A; 30 + 30 VA; 1 + 3 sınıfı; n<5, n>10 olarak verilen bir akım trafosunun testi sonunda, ölçü devresi için diz noktası, 200 mA’e karşılık 11 volt; koruma devresi için 400 mA’e karşılık 65 volt olarak bulunmuştur. Ölçü devresi için doyma değerinin bulunması: Nominal yükünde sekonder direnç;

I2nom . R = Nnom ; R = 30/25 = 1,2 Ω

34

Akım trafosunun sekonder iç direnci, R = 0,2 Ω ölçülmüştür. Toplam direnç, R = 1, 2 + 0, 2 = 1,4 Ω dur. Doyma anında sekonderden geçecek gerçek akım; Idoyma = 11/1,4 = 7,9 A’dir. Idoyma 7,9 Bunu nominal akımına oranlarsak, n = --------------- = ---------- = 1,6 < 5 dir. Inom 5 Koruma devresi için doyma noktası: Ri = 0,1 Ω bulunmuştur. Toplam direnç, R = 1,2 + 0,1 = 1,3 Ω; Idoyma = 65/1,3 = 50 A; doyma; Idoyma 50 N = ------------- = ---------- = 10 ≥ 10 bulunmuş olur. Inom 5 Bu test ile hem uçları işaretlenmiş akım trafolarının ölçü ve koruma devreleri bulunmuş hem de etiket değerleri kontrol edilmiş olur. 2.12. Akım Trafolarında Termik ve Dinamik Dayanım Termik Dayanım Akımı: Bir akım trafosunun, bir saniye süreyle hasar görmeden taşıyabileceği maksimum akımın efektif değeridir. Bu değer, akım trafosunun imal edildiği standarda bağlı olarak nominal akımın 40, 100 katı arasında olabilir. Akım trafosunun etiketinde verilir. Dinamik Dayanım Akımı: Primer şebekedeki bir kısa devre esnasında, ilk periyotta geçecek darbe akımının yol açacağı mekanik kuvvetler açısından akım trafosunun dayanabileceği maksimum tepe değeridir. Akım trafoları genel olarak termik dayanım akımının 2.5 katı mertebesinde dinamik dayanım akımına göre dizayn edilir. Hasarlanan akım trafolarının değiştirilmesinde yukarıda anlatılan hususlar mutlaka göz önünde bulundurulmalıdır. 2.13. Toplayıcı Akım Trafoları Şekil – 10’da üç girişli toplayıcı akım trafosu gösterilmektedir. Toplayıcı akım trafolarının primerleri, yüksek gerilim tarafına değil, akımları toplanacak akım trafolarının sekonderlerine bağlanırlar. Şekil – 11’de iki fiderin A fazı akımlarının iki girişli toplayıcı akım trafosu vasıtasıyla toplanması görülmektedir. Toplayıcı akım trafolarının primerleri de sekonderleri de aynı akımda, örneğin, 5 A’lık yapılırlar. (5+5+5)/5 A olan üç girişli bir akım trafosunun çevirme oranı, 15/5’dir. Üç yada daha çok girişli bir akım trafosunun kullanılmayan girişi var ise kullanılmayan primer kısa devre edilmez. Aksi takdirde etikette yazılı oran elde edilemez.

35

2.14. Akım Trafolarında Hata ve Ölçme Sınıfı Akım trafolarının genel olarak % 50 – 120 primer akımlarda ve % 25 – 100 sekonder yüklerde yapılabileceği en çok hatayı yüzde olarak bildiren ve trafo etiketlerinde yazılan sayılar hata sınıflarıdır. Bağlı oldukları şartlar, her ülkenin standardında belirlenmiştir. Türk Standartlarında, hata sınıfları ve yapılabilecek hatalar, Tablo – 1’de ölçü amaçlı akım trafoları için, Tablo – 2’de ise koruma amaçlı akım trafoları için verilmiştir.

ÖLÇÜ Yükler %10 %20 %100 %120 %10 %20 %100 %120AMAÇLI 0,1 0,25 0,2 0,1 0,1 10 8 5 5

0,2 0,5 0,35 0,2 0,2 20 15 10 100,5 1 0,75 0,5 0,5 60 45 30 301 2 1,5 1 1 120 90 60 60

Doğruluk Sınıfı

Anma (nominal) akımın ( %) yüzdesi olarak oran hatası

Dakika olarak ( ) faz açısı hatası

Tablo – 1

36

Doğruluk Sınıfı

Primer anma akımında akım hatası + %

Primer anma akımında faz açısı hatası (Dk)

Bileşik Hata + %

KORUMA 5P 1 60 5 AMAÇLI 10P 3 --- 10

Tablo – 2

Örnek: Ölçü amaçlı 0,5 sınıflı bir akım trafosu, nominal akımın % 10’unda çalışıyor ise genlik hatası, % 1; açı hatası, 60 dakikadır. Aynı akım trafosu anma akımında çalışıyor ise yapacağı genlik hatası, % 0,5; açı hatası ise 30 dakika olacaktır. 2.15. Akım Trafolarının Sekonderlerinin Açık Kalması Akım trafolarının sekonder devreleri, primerden akım geçerken açılırsa, sekonder akımın sebep olduğu amper-sarım ve buna bağlı olarak zıt manyeto-motor kuvvet ortadan kalkar. Primer akıma bağlı olarak çekirdekteki manyetik alan önemli ölçüde büyür. Manyetik çekirdek, belli bir değerden sonra doymaya gider. Sekonder sargılarda indüklenen gerilim, manyetik akının sıfırdan geçiş anlarında değişimi çok hızlı olduğundan, e = dØ/dt bağıntısına göre, büyük değerlere ulaşır. Sekonder devreye bağlı teçhizat ve akım trafosunun sekonder sargı izolasyonu, bu gerilimlere dayanmaya yeterli olmayabilir ve hasar meydana gelebilir. Daha da önemlisi çalışan personelin hayatı da tehlikeye girer. Bunun için akım devreleri irtibatlarına dikkat etmek gerekir. 2.16. Sipariş İçin Gerekli Bilgiler a. Nominal (Anma) gerilimi faz-faz (34,5 kV gibi), b. Oranı (A) olarak (100/5 gibi), c. Kaç sekonderli olduğu (100/5-5 gibi), d. Sınıfı ve kullanma amacı

1 + 3 sınıfı 1 sınıf = Ölçme devresi, 3 sınıf = Koruma devresi veya 5P, 10P.5P = 1 sınıfı, 10P = 3 sınıfı olarak belirlemektedir.

e. Doyma katsayısı n≤5 ölçme, n≥10 koruma, f. Gücü (Nominal yükü) VA olarak 30 + 30 VA (Ölçme + koruma), g. Tipi: Dahili, harici, geçit, bara, yağlı, kuru, vs. 3. GERİLİM TRAFOLARI Gerilim trafoları, bağlı oldukları devredeki primer gerilimi, belli oranda küçülterek, bu gerilimle, sekonder terminallerine bağlı cihazları besleyen özel trafolardır.

37

3.1. Gerilim Trafolarının Yapısı ve Korunması Gerilim trafolarının primer sargıları, akım trafolarının tersine, çok sarımlı ince tellerden oluşmuştur. Sekonder sargı ise, nominal yükte, kaybın çok az olmasını temin edecek kalınlıkta tel ile sarılmıştır. Sarım sayısı, primer sargıya göre, çevirme oranı kadar azdır. Manyetik nüve kesiti, gerilim trafosunun yükü ile orantılıdır. Faz toprak arasına bağlanan gerilim trafolarında, bir buşing vardır (Şekil – 12a). Faz arası bağlananlarda 2 buşing vardır. Bu tiplere V bağlı gerilim trafoları denir (Şekil – 12b). Gerilim trafolarının sekonderleri, kısa devre edilmez. Bunun için sekonder devreye koruma sigortaları konulur. 35 kV’a kadar olan gerilim trafolarının primerine de sigorta konmalıdır. Bunların görevi, sadece primerdeki arızaları temizlemektir. Sekonder sargı için sigorta ihtiyaçlarını ortadan kaldırmazlar. 3.2. Gerilim Trafolarının Nominal Gerilimleri Gerilim trafolarının primer gerilimleri, bağlanacakları devrenin gerilimi göz önünde tutularak seçilir. Faz-nötr olarak bağlanan gerilim trafolarında nominal primer gerilim, şebeke faz arası geriliminin, 1/√3’üne eşit olarak seçilir. Yani faz arası işletme gerilimi, örneğin, 15 kV olan bir şebekede, faz toprak arasına bağlanacak bir gerilim trafosunun primer nominal gerilimi, 15/√3 kV olmalıdır. Hemen anlaşılacağı gibi, faz arası bağlanacak gerilim trafolarında, primer nominal gerilim, şebekenin faz-faz gerilimine eşit olmalıdır. Sekonder nominal gerilim ise, standartlarda 100 veya 110 V olarak verilmiştir. Sekonder gerilim de, primerin faz arası ya da faz-toprak arası bağlı olma durumuna göre, 100 V yada 100/√3 V olarak verilir.

38

3.3. Gerilim Trafolarında Polarite Akım trafolarında olduğu gibi, gerilim trafolarında da polarite önemlidir. Polarite testi, aynen akım trafolarında olduğu gibidir. Burada da primerde faz gerilimine bağlanan uca karşı gelen sekonder uç belirlenir. Akım trafolarında, düşük gerilimli, az iç dirençli piller ile iyi sonuç alınmasına mukabil, gerilim trafolarında, daha yüksek gerilimli (4,5 – 9 V) pillerle daha iyi sonuç alınır. 3.4. Gerilim Trafolarının Şematik Gösterilişi Şekil – 13 a,b,c de prensip şemalarındaki; d,e ve f ‘de ise tek hat şemalarındaki gösteriliş şekilleri verilmiştir. TEK sisteminde, harflendirme, primer için, P1 – P2; sekonder için, s1 – s2 şeklindedir. 3.5. Gerilim Trafolarına Bağlanacak Yükler Gerilim trafolarının da, akım trafoları gibi, hata sınıfları içinde çalışabilmeleri için sekonderlerine bağlanacak yüklerin toplamı, etikette belirtilen değerden fazla olmamalıdır. Gerilim trafolarının sekonderlerine bağlanacak teçhizatın gerilim devrelerinin yükleri için aşağıdaki değerler örnek olarak verilmiştir.

Voltmetreler : 3,5 VA Watmetreler : 2,5 VA Sayaçlar : 5 – 10 VA Mesafe röleleri : 30 VA

39

3.6. Gerilim Trafolarının Devreye Bağlanması Gerilim trafoları, yüksek gerilimde kullanıldıklarından genel olarak üç fazlı ölçme devrelerini ilgilendirirler. Üç tane tek fazlı gerilim trafosu faz nötr arasına (üç faza ayrı ayrı) bağlanırsa, sekonderleri üç fazlı bir sistem oluşturur. Burada da en önemli özellik polaritelerinin doğru bağlanmış olmasıdır. Şekil – 14 a ve b’de doğru ve yanlış bağlanmış üç adet gerilim trafosunun sekonder vektör diyagramları görülmektedir. Üç fazlı sistemde üç adet gerilim trafosu yerine iki adet gerilim trafosunu uygun bağlayarak sekonderde üç fazlı gerilim oluşturulabilir. Böyle bir şema Şekil – 15’te görülmektedir. V – bağlı gerilim trafolarında da polaritelerin uygun olması önemlidir. Üç adet gerilim trafosunda ortak nötrler güvenlik gerekçesi ile topraklandığı gibi V bağlı trafolarda da sekonder uçlardan biri topraklanmalıdır. Uygulamada daha çok B fazı topraklanmakta ise de A veya C fazı da topraklanabilir.

40

3.7. Gerilim Trafolarında Ferrorezonans Olayı İşletme şartlarında, gerilim trafosu sekonderinde, bazen nominal gerilimden daha büyük değerde, çevirme oranı ile ilgisiz gerilimler okunabilir. Bu durum, gerilim trafosu çekirdeğinin doymaya gitmesi ve mevcut tabii kapasitelerin rezonans şartını oluşturması sonucu ortaya çıkmaktadır. Gerilim trafosu reziftif yükle yüklendiği veya primer şartlar (fiderlerin devreye alınması gibi) değiştiği takdirde bu durum ortadan kalkar. 3.8. Gerilim Trafolarında Gerilim Yükselme Katsayısı Şebeke şartlarından dolayı, sistemdeki bir arızada, arızalı olmayan fazlarda meydana gelebilecek gerilim yükselmelerine gerilim trafolarının dayanma süreleri, standartlarda belirlenmiştir. Bu şartlar, daha çok sistem nötrünün topraklama şekli ile ilgilidir. Aşağıdaki Tablo – 3 Türk Standartlarının kabul ettiği değerleri göstermektedir.

Gerilim Yükselme Katsayısı

Süre Gerilim Tr. Bağlama Şekli ve Şebekenin Topraklama Durumu

1,2

Sürekli Faz-nötr veya fazlar arası bağlı. Sistem iyi topraklı (Efektif top.)

1,2 1,2

Sürekli 30 Saniye

Faz-toprak arası bağlı. Sistem iyi topraklı (Efektif top.)

1,2 1,9

Sürekli 30 Saniye

Faz toprak arası bağlı. Sistem direnç veya reaktör üzerinden topraklı.

1,2 1,9

Sürekli 30 Saniye

Faz toprak arası bağlı. Sistem nötrü izole veya büyük empedans üzerinden topraklı.

Tablo – 3

İzole karakterli şebekelerde kullanılan gerilim trafoları, faz toprak arasına bağlı olsa bile gerilim yükselme katsayısı 30 saniye süreyle 1,9 seçilmelidir. Çünkü bu sistemlerde, faz-toprak temaslarında, sağlam fazların toprağa göre gerilimleri, faz-faz gerilimine yükselir. 3.9. Gerilim Trafolarında Hata Sınırları Hata sınırları her ülkenin standartlarında ayrı ayrı verilmekle birlikte, birçok yönden birbirlerine benzemektedir. Türk standartlarında, ölçme amaçlı gerilim trafoları için % 25 ile % 100 yükleri arasında ve % 80 ile % 120 primer gerilimlerde aşağıdaki tabloda belirlenen hata miktarları verilmiştir.

41

Duyarlık Sınıfı

% Olarak Gerilim Hatası (Dönüştürme Oran Hatası)

Faz Açısı Hatası Dakika Santiradyan

0,1 0,2 0,5 1 3

0,1 0,2 0,5 1 3

5 10 20 40 ---

0,15 0,3 0,6 1,2 ---

Tablo – 4

Türk standartlarında hata sınırları verilmeyen koruma amaçlı gerilim trafoları için İngiliz Standartlarında şu tablo verilmektedir.

Sınıfı

0,25 – 1 Nominal Yük Katında ve CosØ = 1 değerinde. Nominal Primer Voltajın 0,05 ile 0,9 Katında.

Nominal Primer Voltajın 1,1 Katında.

% Olarak Gerilim Hatası

Dakika Olarak Faz Açısı Hatası

% Olarak Gerilim Hatası

Dakika Olarak Faz Açısı Hatası

E F

3 3

120 250

3 10

120 300

Tablo – 5

3.10. Sipariş İçin Gerekli Bilgiler a. Nominal gerilimi,

34500 100 b. Oranı (V) olacak (----------- / --------- , 34500 / 100 V) gibi,

√3 √3 c. Hassasiyet sınıfı ve kullanma amacı, d. Gücü (nominal yükü), e. Devreye bağlama şekli (faz nötr veya fazlar arası (V – Bağlı), f. Tipi: Harici, dahili, yağlı, vs., g. Adedi, h. Aşırı gerilim katsayısı (gerilim yükselme katsayısı) Tablo – 3’de, Örnek: Un = 34,5 kV 34500 100 GTO = ------------- /---------- √3 √3 Sınıfı = E Gücü = 30 VA Devreye Bağlama = Faz-nötr olarak Adedi = 3 Dahili Tip

42

RÖLELERİN YAPISI ve ÇALIŞMA PRENSİPLERİ 1. GİRİŞ Seçici bir koruma olmadan günümüzde bir güç sisteminin işletilmesi düşünülemez. Koruma rölelerinin uygulanmasıyla, güç sisteminin herhangi bir noktasında oluşan arıza tespit edilir ve arızalı bölüm sistemden ayrılır. Arızalı bölüm sisteme bağlı kaldığında, aşağıda belirtilen üç ana etken nedeniyle sistemin bir bölümü yada tümü tehlikeye düşer. a. Generatörlerin senkronizasyon koşulları kaybetmeleri ve sistemden

kopmaları, b. Arızalı bölümün hasar görme ihtimali, c. Arızasız bölümün hasar görme ihtimali, Güç sistemi için tehlikeli olmamasına rağmen, tüketiciler açısından önemli olan diğer bir etken de büyük endüstriyel kuruluşlardaki senkron motorların servis dışı kalarak, hayati sayılabilecek fonksiyonlarını yapmama ihtimalidir. Kısaca korumanın amacı, kesicilerle birlikte güç sisteminin her tip arızadan hızla temizlenmesini sağlamaktadır. Koruma rölelerinin uygulanmasında, güç sistemi çeşitli bölümlere ayrılır. Ancak tüm bölümlerdeki korumalarda, beş temel ilke her zaman akılda tutulmalı ve uygulanmalıdır: 1. Güvenirlik: Her tür arızaya güvenilir ve etkin biçimde müdahale

edebilmek, 2. Seçicilik: sistemde devamlılığı sağlamak için, sistemden yalnız arızalı

bölümün ayrılmasını sağlamak, 3. Hız: En düşük arıza zamanını ve an az teçhizat hasarını sağlamak, 4. Basitlik: En az donanım ve devre ile korumayı gerçekleştirmek, 5. Ekonomi: En düşük harcama ile en fazla korumayı sağlamak. Röle uygulamasının genel felsefesi, güç sistemini koruma bölümlerine ayırmak ve arızalarda en az miktarda sistem parçasını ana güç sisteminden ayırarak uygun korumayı sağlamaktadır. Koruma bölümleri şunlardır: 1. Generatörler, 2. Baralar, 3. Enerji nakil hatları, 4. Transformatör ve fiderler. Çeşitli yapıdaki rölelerin fonksiyonlarını ve ayarlarının yapılmasını incelemeden önce, onların iç yapısını bilmek gerekir. Halen elektromekanik röleler çoğunlukta olmakla birlikte, teknolojik gelişmenin gereği olarak bunların yerini hızla elektronik röleler almaktadır.

43

2. ELEKTROMEKANİK RÖLELER Elektromekanik rölelerin başlıcaları, 1. Çekmeli (attracted-armature) röleler, 2. Endüksiyon disk röleleri, 3. Manyeto-elektrik röleler, 4. Termik rölelerdir. Yukarıdaki 3 gruba giren rölelerin belli ortak fonksiyonları olsa da yapıları bakımından bazı temel farklılıklar gösterirler. Bir kısım röleler tek elektriki büyüklük (akım veya gerilim) ile, bir kısmı ise iki elektriki büyüklük (akım-akım, akım-gerilim, akım-gerilim) ile çalışırlar. Yalnız A.A. ve D.A. büyüklüklerle çalışan röleler arasında yapısal farklar vardır. Termik röleler ise elektrik akımının ısı etkisinden yararlanılarak yapılmışlardır. 2.1. Çekmeli Röleler kullanılan en basit röle şeklidir. Genelde bir bobin içindeki manyetik devre ve karşısındaki paletten oluşur. Millendirilmiş bir armatür, selonoid içinde bir piston ya da döner bir kanat kullanılarak yapılan tipleri vardır. Bu elemanlar bobin içinden geçen akımla ayarlanan manyetik alan etkisiyle hareket ederek kendilerine bağlı kontakları açarlar ya da kaparlar. Şekil – 1’de değişik tipte çekmeli rölelerin basit biçimde çizilmiş şekilleri görülmektedir.

44

a. D.A. geçmesi halinde: Armatürün çekme kuvveti: Feℓ = k.Ø2’dir. Ir.wr Ø = ---------------, Fe1 = k´ .Ir2 yazılır. Rm Rm devrenin manyetik direnci wr ise röle bobininin sarım sayısıdır. Ir akımının belli bir değerinin üstüne çıkması halinde, manyetik devrenin direnci minimum olacak şekilde hareketli kısım yer değiştirir ve rölenin kontakları kapanır. Manyetik direncin büyük kısmını hava aralığının direnci oluşturur. Manyetik akımın uniform olduğunu kabul edersek: Rm = --------- yazabiliriz. ( = hava aralığı direncidir.) Bunu da yukarıdaki 4S denklemde yerine koyarsak, k´´ . Ir2 Feℓ = --------------- olarak Şekil – 2’deki gibi değişecektir. 2 Rölenin başlatma alabilmesi için Fe1 = FSP olmalıdır. (FSP : karşı yay kuvveti). Şekil – 2 Elektromanyetik kuvvetin hava aralığına bağımlı olarak değişimi. b. A.A. geçmesi halinde A.A. büyüklükle çalışan rölelerde bobinden akan akım Ir = Im . sinwt olarak değişir. Akımın her sıfırdan geçişinde röle sükunete gelmek isteyeceğinden titreşimli ve gürültülü bir çalışma olacaktır.

45

Ir = Im . sinwt’nin bir t anında çekme kuvveti Feℓ = k.Ir2 idi. Fe1 t = k.Im2.sin2wt olacaktır. sin2wt = (1-cos 2 wt) x ½ den, Feℓ t = k.Im2-k.Im2.cos 2wt elde edilir. Fres = Feℓ t – Fsp dir. Şekil – 3’de bu değişimin şekli gösterilmiştir. Taralı bölgelerde Feℓ yay kuvvetinden büyük olduğu için rölenin hareketli kısmının çekilmesini sağlamakta; diğer bölgelerde ise yay kuvveti elektriki kuvvetten büyük olduğu için röle bırakmaya meyletmekte; bu ise titreşimli çalışmaya sebep olmamaktadır.

Şekil – 3 A.A. Çekmeli tip rölelerde Feℓ ve Ø nin zamanının fonksiyon olarak değişimi.

Bu tür sakıncalı çalışmaya mani olmak için devreden geçen manyetik akı, aralarında faz farkı bulunan iki bileşene ayrılır. Bu iki akı aynı anda sıfır olmayacağından elektriki kuvvete hiçbir zaman sıfır olmayacaktır. Bunun için genellikle Şekil – 4’de görüldüğü gibi manyetik çekirdek ikiye ayrılır ve kutbun yarısına iletken bir halka takılır. Burada faz farkını oluşturan sebep, halkanın içinden geçen manyetik akının onun üzerinde bir endüksiyon gerilimi oluşturması ve bir akım (Isn) akıtmasıdır. Bu akımın meydana getirdiği manyetik akı (Øsn) halkanın içinden geçen akı bölümüne ters, halkanın dışından akan akı bölümü ile de aynı yönde akar ve onların arasında bir faz farkı oluşturur. Buna endüksiyon rölelerinde gölgeli kutup prensibi denir.

Şekil – 4 A.A. gölgeli kutup tip çekmeli röle

46

c. Denge Kollu Elektromanyetik Röleler: Denge kollu elektromanyetik rölelere terazi kollu röleler de denir. Ortadan yataklanmış olan palete, bir tarafından yay kuvveti, diğer taraftan da elektromıknatısın çekme kuvveti etki yapmaktadır. Bobinden geçen akımla oluşan manyetik alanın çekme kuvveti, yayın ters yöndeki kuvvetini yendiğinden kontaklar açılır ya da kapanır. (Şekil – 5)

Şekil – 5 Denge kollu elektromanyetik röle Denge koluna etki eden ters yöndeki yay kuvveti yerine, başka bir büyüklükle beslenen ikinci bir elektromıknatıs kullanılabilir. Çekmeli röleler genellikle ani çalışma zamanlı olarak bilinirler. Ancak çalışma zamanı akıma göre değişir. Akım/zaman eğrisi, tipik bir röle için Şekil – 6’da görülmektedir. Bu tip rölelerde 5 mili saniyenin altında süratli çalışma sağlanamaz.

Şekil – 6 2.2. Endüksiyon Disk Röleleri Bu tip rölelerde, manyetik bir devrenin kutupları arasında hareket edebilen bir disk vardır. Yönsüz ve yönlü olarak iki bölüme ayrılabilir. Tek elektriki büyüklükle çalışan röleler yönsüz; iki büyüklük ile çalışan röleler ise yönlüdür. a. Gölgeli Kutup Prensibiyle Çalışan Röleler; Şekil – 7’de gösterildiği gibi manyetik çekirdeğin diske bakan kısımlarına birer bakır levha takılmıştır. Bunun görevi, röle bobininden geçen Ir

47

akımının meydana getirdiği Ør manyetik akısını Ør1 ve Ør2 olarak iki kısma ayırmaktadır. Çünkü tek bir Ør akısıyla disk döndürülemez. Ør nin halkaları ve diskten geçen Ør1 bileşeni bakır halkalarda Isn akımını dolaştırır. Bu akımda manyetik çekirdekte Øsn (Øsn1 ve Øsn2) manyetik akımlarını meydana getirir. Manyetik çekirdeğin halkalı bölümündeki akı; Ø1 = Ør1 + Øsn diğer akı ise, Ø2 = Ør2 - Øsn olur.

Şekil – 7 Gölge kutuplu endüksiyon röle Ør1 ve Ør2 akılarının aynı fazda olmalarına karşılık, halkanın oluşturduğu Øsn akısından dolayı Ø1 ve Ø2 arasında, θ açısı kadar faz farkı olur. Ø1 ile Ø2 arasındaki faz farkı Şekil – 8’deki vektör diyagramında gösterilmiştir. Ø2 akısı döner disk üzerinde E2 gerilimini endükler. Bu gerilim disk üzerinde I2 fuko akımını dolaştırır. Ø1 akısı da disk üzerinde E2 ve I2 ye benzer şekilde E1 gerilimi ve I1 akımının meydana gelmesine sebep olacaktır. I2 akımının Ø1 üzerinde izdüşümü It2 olsun. Aynı şekilde I1 akımının da Ø2 üzerindeki izdüşümü It1 olsun. Diski döndüren kuvvet; (Ø1.It2 – Ø2.It1) ile orantılı olup, neticede; Me1 = k. Ø1. Ø2.sin θ dir. Bu açı ne kadar büyük olursa, döndürme kuvveti o kadar büyük olacaktır. Burada Ø1 ve Ø2 manyetik akıları, bobinden geçen Ir akımıyla orantılıdır. Halka olmadığı takdirde θ=00 olacağından Me1 = 0 olur ve disk dönmez. Belli tipteki bir rölede θ açısı dizayna bağlı olup değişmediği için; Me1 = k.Ir2 dir. Eğer röle bobinine gerilim uygulanıyorsa diski döndüren kuvvet; Me1 = k.Vr2’dir.

48

Şekil – 8 Endüksiyon rölesinin çalışma zamanı Şekil – 9’dan görüleceği gibi, diskin dönmesiyle birlikte hareketli kontak, açısı kadar dönerek sabit kontağa temas eder. Diskin açısal hızı w olsun. Diskteki taralı alanı katetmek için geçen süre t = -------- dır. w

Şekil – 9 sabit olarak rölenin üzerindeki zaman kadranından ayarlanır. (1, 2, 3, ... eğrileri gibi) w ise röleye uygulanan Ir akımıyla artar. W açısal hızının, yani akımın artmasıyla, t zamanı Şekil-10’da gösterildiği gibi, hiperbolik olarak azalacaktır. Buna endüksiyon rölelerinde ters zaman karakteristiği denilir. Emniyetli bir çalışma 1,5 x Ic değerinden sonra olur.

49

Şekil – 10

Örneğin rölenin akım tepi ayarı 3A ise; 1,5 x 3 = 4,5 A de zaman değeri alınmaya başlanmalıdır. (t1 zamanı). Röle ayar tepinin 5-10 katı akımdan sonra, manyetik devre doymaya gittiğinden kontak kapatma zamanı sabit kalır. Rölenin zaman ayar eğrisinin özelliğini değiştirmek için, Şekil – 9’da gösterilen M fren mıknatısı kullanılır. Disk ile mıknatısın ortak S yüzeyine bağlı olarak, Øm manyetik akısı artar veya azalır. Hıza bağlı olarak bu mıknatıs tarafından oluşturulan Mf = k. Øm2.w frenleme kuvveti diski durdurmaya çalışır. Örneğin rölede zaman azaltmak isteniyorsa, mıknatıs diskten dışarı çekilerek S yüzeyi ve dolayısıyla frenleme kuvveti azaltılmış olur. Bu mıknatıs olmadığı takdirde disk devamlı hızlanır, kararlı bir çalışma şekli elde edilemez. b. Endüksiyon diskli yönlü güç röleleri: Şekil – 11’de 1 nolu sargıya Vr geriliminin, 2 nolu sargıya ise Ir akımının verilmesiyle disk, belli şartlarda dönmeye başlayacaktır. Bu disk, serbest bırakıldığı takdirde, belli bir yönde devamlı dönebilir ve devreden geçen enerjiyi kaydedebilir.

Şekil – 11. Çift bobinli endüksiyon röle

Diske zıt kuvvet olarak bir yay bağlandığında, belli bir güç değerinden sonra yay kuvveti yenilerek disk harekete geçer ve üzerinde taşıdığı kontağı, sabit kontağa temas ettirir. Bu şekildeki yönlü güç röleleri, çeşitli dizayn şekillerine göre devreden geçen aktif, reaktif ve zahiri güçlere göre çalışırlar.

50

Devreye uygulanan Vr gerilimi ile Ir akımı arasındaki faz farkı ℓr olsun. Bu aynı zamanda yük açısıdır. Akımın 2 nolu sargıda meydana getirdiği manyetik akı Ø1 olup, akımla aynı fazdadır. Bir nolu gerilim bobinini besleyen gerilimin manyetik akısı ise kendisinden belli bir açısı kadar geri fazda olur. Buna aynı zamanda rölenin iç açısı da denir ve etiketinde yazılıdır. (Örneğin 200 veya 300 gibi).

Şekil – 12 Diske uygulanan döndürme momenti (Şekil – 12).

Meℓ = k. Ø1. Øu sin(Ø1. Øu) = k. Ø1. Øu sin(-ℓr) dir. veya

Meℓ = k.Vr.Ir.sin (-ℓr) dir. sabit olup, ℓr yük karakterine bağlıdır. Döndürme momenti de ℓr ye bağlı olarak değişir. açısına değişik değerler vererek üç tip güç rölesi elde edilir. 1. = 00 için Meℓ = k.Vr.Ir.sinℓr; devreden geçen reaktif gücü ölçer; eğer disk

serbest ise reaktif enerji ölçülür. Reaktif sayacın çalışma şekli elde edilir. 2. = 900 için Meℓ = kVr.Ir.cosℓr devreden geçen aktif gücü ölçer. Aktif enerji

ölçen sayaçların çalışma prensibidir. 3. = 1 değeri için röle zahiri güç değerine göre, yani aktif güç ve reaktif

güç karışımına göre çalışır. 2.3. Manyeto-Elektrik Röleler a. (Sabit mıknatıs) hareketli bobinli röleler. Bu tip rölenin şematik yapısı Şekil – 13’de gösterilmiştir. Ölçü aletlerine benzer şekilde hareketli bobin sabit bir mıknatısın 2 kutbu arasında dönmektedir. Bu tip rölelerle doğru akım ölçümleri yapılmaktadır (aynı zamanda uygun doğrultucularla alternatif akım ölçümleri de yapılabilir).

51

Bu rölede dikdörtgen şeklinde hafif bir bobin, iki kenarı sabit mıknatısın 2 kutbu ve yumuşak demir nüve arasına gelecek şekilde millendirilmiştir. Hareketli bobin aynı zamanda üstünde hareketli bir kontak bulunan bir kol taşımaktadır.

Şekil – 13 Hareketli bobinli röle

Bobinden geçen akım Ir, magnetteki manyetik akı yoğunluğu Bm, bobin sarım sayısı wr, bir tur sarımın uzunluğu 1 ise; döndürme momenti Meℓ = k.Bm.Ir.1.wr dir. Manyetik devredeki bütün hava aralıkları küçük olduğundan radyal akı yoğunluğu düzgündür. Dolayısıyla Bm sabit olduğundan Meℓ = k´.Ir yazabiliriz. Böylelikle çalışma momenti akımla doğru orantılı olur. Bu doğru orantının sonucunda örneğin akımın iki kat artması; momentin iki kat artması, dolayısıyla bobinin dönüş zamanının yarıya düşmesi demektir. Böylelikle bu röleler ters çalışma karakteristiklerine haizdirler. (Şekil – 14).

Şekil – 14 Hareketli bobinli rölenin zaman/akım karakteristiği

Hareketli bobinli rölelerde 30 milisaniyeye kadar çalışma zamanı elde edilmesine karşın daha düşük çalışma zamanı, yayın sarsıntıya dayanıklı olabilmesi için uygulanan sönümleme (damping) momenti ile kısıtlanmıştır. Rölede hareketin hafif olması VA gücünün çok düşük olmasını sağlar. Çekme ve bırakma değerleri yakındır. Hareketli bobinli röle mekanik röleler arasında en duyarlı röle niteliğine sahiptir.

52

b. Polarize röleler (kutuplandırılmış röleler): Manyeto-elektrik rölenin değişik bir tipidir. Sabit manyetik alan içinde döner bobin yerine döner mıknatıs kullanılır. Sargılar ise daimi mıknatısın üzerine sarılmıştır. Değişik dizayn şekilleri vardır. Şekil – 15’de köprü manyetik sistemle çalışan bir röle tipinin yapısı şematik olarak verilmiştir.

Şekil – 15 Kutuplandırılmış röle Øp magnetin kendi daimi manyetik akısıdır. Sargıdan geçen Ir akımının meydana getirdiği manyetik akı ise Ør ile gösterilmiştir. Øp, Øpa ve Ø pb diye iki kola ayrılmaktadır. Manyetin ortadaki kutupları arasındaki ve sol taraftaki toplam manyetik akı (Øpb- Ør) ve sağ tarafında ise; (Øpa- Ør) şeklindedir. Ir akımının ayarlı olduğu değerin üzerine çıkması, veya yön değiştirmesi durumunda, hareketli mıknatıs yer değiştirecektir. Bu sistemin A.A. ile çalıştırılması titreşimlere neden olduğundan; D.A. ile çalıştırılması uygundur. Polarize röleler genellikle çift elektriki büyüklüğün kıyaslandığı diferansiyel ve mesafe koruma gibi rölelerde kullanılır. Avantajları şunlardır: a. Güç sarfiyatı düşük, çalışma hassasiyetleri yüksektir. Fiziki yapıları

küçüktür. b. Kısa süreli büyük akımlara dayanma süreleri fazladır. c. Çalışma zamanı kısadır. Dezavantajları ise; kontak kapasiteleri küçüktür, bırakma değerinin çekme değerine oranı küçüktür, kontak aralıkları çok küçük olduğundan gereksiz atlamalar olabilir. 2.4. Termik Röleler Doğrudan sıcaklığı ölçen termik röleler kullanılmakla birlikte (yağ sıcaklığını ölçen röleler gibi) çoğunlukla akımın ısıtma özelliğinden yararlanılarak sıcaklık ölçmesini dolaylı yoldan yapan termik röleler kullanılmaktadır.

53

a. İki madenli (bimetal) tip röleler Bimetal rölelerde ısınan parça, yüz yüze kaynatılmış sıcaklıkla uzama katsayıları farklı iki madenden meydana gelen ve spiral yay şeklinde biçimlendirilmiş bir şerittir. Ölçülecek akım, ya doğrudan bimetal spiral yayın içinden geçirilir ya da bimetal şeritin üzerine sarılmış bir ısıtıcı elemandan geçirilmesiyle dolaylı olarak bimetal ısınır. Bu tip röleler daha çok aşırı yük rölesi olarak kullanılır. Rölenin çalışma zamanı hem ısıya duyarlı termik eleman ve ısıtıcının dizaynına, hem de ısınan parçanın ısıl kütlesi ve yalıtımına bağlıdır. b. Isıl Çiftli (termokupllu) tip röleler: Termokupllu rölelerde ısınan parça farklı iki maddenin lehim noktası olup ısıtıcı parça ise bu lehim noktasına çok yakın ince ve kısa bir direnç telidir. Isınan lehim noktasının sıcaklığı ve dolayısıyla meydana gelen ısıl elektromotor kuvvet (termoelektrik), termokupllun uçlarına bağlanan bir döner bobinli röleyi çalıştırır. Şekil – 16’da termokupll prensibine dayalı bir rölenin iç bağlantısı şematik olarak gösterilmiştir. Filtre (süzgeç) pozitif ve sıfır bileşen akımlarını elimine eder ve dolayısıyla sadece negatif bileşen akım röleye uygulanır. Şekilde gösterilen alarm rölesi ise kutuplandırılmış döner demirli tip bir röle olup, korunan teçhizatın hasarlanmadan dayanacağı müsaade edilen maksimum negatif bileşen akım değerine ayarlanır.

54

Şekil – 16 Negatif bileşen rölesi c. Diğer bir çeşit röle de ısıya duyarlı direnç (termistör) kullanılarak yapılır.

Isıya duyarlı direnç, değeri sabit (değişmeyen) dirençlerle birleştirilerek veston köprüsü oluşturulur. Isı seçilen bir değeri geçince köprünün denge koşulu bozulur ve duyarlı eleman (döner bobinli alet veya elektronik devre) çalışarak ilgili işlevlerini yapar. Özellikle güç trafolarının sargı sıcaklıklarının ölçülmesi bu şekilde dolaylı yoldan yapılır. (Şekil–17–18).

55

56

3. ELEKTROMEKANİK AKIM RÖLELERİNDE AKIM AYARININ DEĞİŞTİRLMESİ Rölelerde çalışma büyüklüğünün değiştirilmesine tep ayarının değiştirilmesi de denir. a. Elektromanyetik akım rölelerinde. Elektromanyetik akım rölelerinde akım

ayarının değiştirilmesi genel olarak iki şekilde yapılır: - Mekaniki, - Elektriki, 1. Mekaniki ayar değişimi A. Akım rölelerinin mekaniki ayar değişimi çeşitli şekillerde olmakla birlikte

(yay direncinin değiştirilmesi, manyetik devrenin hava aralığının değiştirilmesi, hareketli nüvenin konumunun değiştirilmesi vb.) işletmelerimizde genellikle yay direncinin değiştirilmesiyle yapılan uygulama kullanılmaktadır.

Şekil – 19 Elektromanyetik rölelerde mekaniki ayar değişimi Şekil – 19’da görüldüğü gibi ayar kolunun aşağıya doğru çekilmesiyle palete etki eden yay kuvveti artmakta ve buna bağlı olarak röle kontaklarını kapatabilmek için nüve üzerinde daha fazla manyetik alan şiddeti oluşturmak gerekmektedir. Buna röle bobininden daha büyük bir akım geçirmekle olur. Durum böyle olunca ayar kolunun aşağıya doğru hareketiyle röle çalışma akımı büyüyecek, yukarıya doğru hareketiyle ise küçülecektir. Bu özellik esas alınarak düzenlenen skala bir katsayı (Çarpan) şeklinde belirtilir ve bu katsayı (X) veya © harfleriyle ifade edilir. Genel olarak çarpan sahası, 0,6 – 1,2 veya 0,5 – 1 arasındadır. Şekil – 19b.

57

Rölenin çalışma akımı, röle etiketinde belirtilen nominal akım değeri ile ayar kolunun karşısındaki katsayının çarpılması sonucu bulunur. Röle çalışma akımı = Röle nominal akımı x katsayı

Iç = In x X Örneğin, röle nominal akımı 5 A. ayar kolunun karşısındaki katsayı da 0,8 konumunda bulunsun.

Iç = 5 x 0,8 = 4 A. dir. Bu demektir ki; bobininden 4 A. veya bunun üzerinde bir akım geçen röle, kontaklarını açar veya kapatır. Mekaniki olarak ayar akımının değiştirilmesinde önemli olan katsayıyı bulmaktır. Röle çalışma akımının bulunması formülünden katsayıyı yalnız bırakırsak: Röle çalışma akımı Katsayı = ----------------------------- Röle nominal akımı Iç X = -------- şeklindedir. In

Örneğin nominal akımı 5A. olan bir rölenin çalışma akımı 6 Ampere ayarlanacak olsun: Iç 6 X = -------- = --------- 1,2 dir. In 5 Buna göre, mekaniki ayar kolunu 1,2 konumuna getirdiğimizde röle çalışma akımı 6 Ampere ayarlı demektir. Dikkat edilirse bu uygulamada RÖLE DEVREDE İKEN AKIM AYARININ DEĞİŞTİRİLMESİNDE BİR SAKINCA YOKTUR. 2. Elektriki Ayar Değişimi Elektriki ayar değişimine röle nominal akımını değiştirmek de denir. Tek bir sargı gibi görünen, ancak gerçekte iki ayrı sargıdan oluşan röle bobinlerini; a. Seri veya paralel bağlamakla, b. Sargılardan birini servis dışı bırakmakla yapılır.

58

a. Sargıları Seri veya Paralel Bağlama: Aynı değerlerde iki ayrı sargıdan oluşan röle bobinlerinin seri veya paralel bağlanması halinde röle nominal akımı bir kat değiştirmektedir. Röle çalışma akımında, röle nominal akımına bağlı olduğuna göre, bobinlerin seri veya paralel bağlanması durumunda röle çalışma akımı da değişmektedir denilebilir. Şekil – 20 sargıların seri-paralel bağlanarak röle çalışma akımının değiştirilmesi, (a) sargıların seri bağlanması, (b) sargıların paralel bağlanması. Örneğin iki ayrı sargıdan oluşan röle bobinlerinin her biri 2 A. nominal akım değerinde olsun. Bu bobinlerin seri bağlandığını düşünürsek devre akımı 2 A., paralel bağlandığını düşünürsek devre akımı 4 A. olmaktadır. (Şekil – 20-a-b). O halde bu rölenin nominal akımı 2-4 A. dir. Kısaca röle nominal akımın tespitinde 2 A. esas alınacaksa bobinlerin seri bağlanması, 4 A. esas alınacaksa paralel bağlanması gerekir. Bobinlerin seri veya paralel bağlanması uygulamada: 1. Dıştan köprülü, 2. İçten köprülü olarak iki şekilde yapılmaktadır. 1. Dıştan Köprülü: Bu tip uygulamada, RMA 420.2 örneğinde olduğu gibi, köprü dıştan görünmekte ve köprü konumları röle etiketinde şematik olarak belirtilmektedir.

59

Şekil – 21 Röle bobinlerinin dıştan seri paralel bağlanma durumları, (a) bobin ve köprülerin seri bağlanmadaki durumu, (b) bobin ve köprülerin paralel bağlanmadaki durumu. Bobinlerin ve köprülerin seri veya paralel bağlanmadaki durumları Şekil – 21’de görülmektedir. Dikkat edilirse, RÖLE DEVREDE İKEN BOBİNLERİN SERİ VEYA PARALEL KONUMLARININ DEĞİŞTİRİLMESİ, akım trafosunun sekonderinin açık kalması nedeniyle SAKINCALIDIR. Durum böyle olunca bu tip rölelerde elektriki akım ayarının değiştirilebilmesi için en pratik yol, rölenin bağlı olduğu devre kesicisinin açılmasıdır. Açılmadığı takdirde akımlar röleden önce uygun bir yerde köprülenmelidir. (Kısa devre edilmelidir). 2. İçten Köprülü: Bu Uygulamada köprü dıştan görünmemekte ve RMA 800 örneğinde olduğu gibi harfle belirtilen konumlara iki vidanın yerleştirilmesi ile yapılır. Röle sargılarının seri bağlanabilmesi için vidaların SS konumuna, paralel bağlanabilmesi için PP konumuna yerleştirilmeleri gerekir. (Şekil – 22). S P P S Şekil – 22

60

İÇTEN KÖPRÜLÜ RÖLE DEVREDE İKEN, SARGILARIN SERİ VEYA PARALEL KONUMLARI DEĞİŞTİRİLEBİLİR. Ancak vidaların ikisinin aynı anda yuvalarından çıkartılmaması gerekir. Örneğin röle seri konumda iken paralel konuma alınacak olsun. Önce S yuvasındaki bir vida çıkartılıp, P konumundaki yuvaya yerleştirilir. Sonra diğer S konumundaki vida çıkartılıp diğer P yuvasına yerleştirilir. Böylece röle devrede iken sargılar seri konumdan paralel konuma alınmış olur. NOT: 1. Vidaların her ikisi aynı anda yuvalarından çıkartılırsa akım trafosunun

sekonder devresi açık kalır. 2. Konum değiştirme anında vidanın biri, hangi konumdan çıkarılmışsa,

(diğer vida yuvasında iken) röle yine o konumdaki nominal akım değerine ayarlıdır.

3. Vidalardan birinin P, diğerinin S konumunda olması durumunda röle,

paralel konumdaki nominal akım değerine ayarlıdır. b. Sargılardan Birini Servis Dışı Bırakma: Aynı manyetik alan şiddetini elde edebilmek için bobin sarım sayısı azaltılırsa, akım şiddetini arttırmak gerekir. Bu esastan hareketle röle çalışma bobininin sarım sayısı değiştirilerek çalışma akımına etki edilebilir. PAK 400 veya RMA 400 rölelerinde olduğu gibi iki sargıdan birini servis dışı bırakmakla nominal akım değeri bir kat arttırılabilir. Sargılardan birini veya ikisini servise almak bir vida yardımıyla yapılır. (Şekil – 23). İki sargının da serviste olması, röle etiketinde gösterilen (In) nominal akım değerini belirtir. Buna göre, röle nominal akım değeri (In) 6 A. olsun. Vidanın In konumuna yerleştirilmesi durumunda rölenin çalışma akımına esas olan değer 6 A. 2 In konumuna yerleştirilmesi durumunda ise 12 A. dir. Şekil – 23 sargılardan birini veya ikisini servise alarak röle ayarının değiştirilmesi.

61

Bu uygulamada RÖLE SERVİSTE İKEN, AKIM AYARI (TEP) veya bir başka deyişle In-2In KONUMLARININ DEĞİŞTİRİLMESİ YAPILABİLİR. NOT: Ayar vidası herhangi bir konumdan çıkartıldığında röle In değerine ayarlıdır. Tek bobinli endüksiyon akım rölelerinde: Bilindiği gibi manyetik akı, akım şiddeti ve sarım sayısı ile doğru orantılıdır. Durum böyle olunca, röleyi çalıştırabilen manyetik akıyı elde edebilmek için, sarım sayısı azaltıldığında akım şiddetini arttırmak gerekir. Bu esastan hareketle tek bobinli endüksiyon rölelerinde, çalışma bobininin sarım sayısı değiştirilerek çalışma akımına etki edilir. Şekil – 24’de görüldüğü gibi, çalışma bobininden alınan çeşitli sayıda uçların karşılığı olarak röle çalışma akımları belirlenmiştir. Şekil – 24 Tek bobinli endüksiyon tipi akım rölelerinde akım ayarının değiştirilmesi. Tek bobinli indüksiyon rölelerinde akım ayarı değişimi bir vida yardımıyla yapılır. İstenilen akım konumuna bir vidanın yerleştirilmesiyle belirli sarım sayısı devreye alınmış olur. Bu tip rölelerde akım ayarı değişimi, RÖLE DEVREDE İKEN veya AKIM TRAFOSUNUN SEKONDERİ AÇIK KALMADAN YAPILABİLİR. Bu özellikler dikkate alınarak akım ayarının değiştirilmesi, imalatçı firmaların röle yapısında uyguladığı çeşitli özelliklere bağlı olarak farklı şekillerde yapılmaktadır. Bu uygulamalar üç grupta toplanabilir:

62

1. R S A (Fransız) tipi örneğinde olduğu gibi, ayar vidası yerleştirildiği

konumdan çıkartıldığında röle kendisini en büyük çalışma akımına (TEP) ayarlar. Vidanın yeni akım ayarı konumuna yerleştirilmesi ile TEP değişimi röle devrede iken yapılmış olur.

2. C O (Japon) tipi örneğinde olduğu gibi, yedek vida kullanılarak akım ayarı değiştirilir. Önce rölenin solunda bulunan yedek vida, yeni ayar TEP’ine yerleştirilir. Sonra eski ayar konumundaki vida çıkarılarak yedek konuma alınır. Böylece tep değiştirme işlemi röle devrede iken bitirilmiş olur.

3. I A C E (İtalyan) tipi örneğinde olduğu gibi, rölenin alt kısmındaki tarak elemanı çıkartıldığında röle akım uçları kısa devre olur. Ayar vidası yeni ayar konumuna yerleştirildikten sonra tarak yerine takılır. Böylece tep değiştirme işlemi bu tip uygulamada, bağlı olduğu akım trafosunun sekonderi açıl kalmadan tamamlanmış olur.

4. ELEKTROMEKANİK RÖLELERİN ÇEKME VE BIRAKMA DEĞERLERİ Genel olarak hangi yapıda olursa olsun, bir röleye ayarlı olduğu tep değeri ve üzerinde bir elektriki büyüklük uygulandığında, sabit kısım hareketli kısmı çekerek veya diski döndürerek ani veya zamanlı olarak kontağını kapatır. Fakat röleye uygulanan büyüklüğün azaltılmasıyla birlikte, kapalı olan kontağın açılması ve röleyi sükunete getirmesi gerekir. Rölenin kontak kapatmasına çekme (kuplaj), kapalı kontağın açılmasına da bırakma (dekuplaj) denilir. Rölenin kuplaj değerleri, üzerinde yapılan tep ayarlarıyla belirlenir. Dekuplaj değeri kuplaj değerinin belli bir yüzdesidir. Bu yüzde değer, rölenin yapısına göre farklılıklar gösterir ve yapılacak birtakım özel işlemlerle bu değer bir miktar değiştirilebilir. Ancak röle üzerinden ayarı belirtilmez. İyi işletme şartlarını sağlamak için bir rölede kuplaj ve dekuplaj değerleri birbirine yakın olmalıdır. Buna en genel bir örnek şöyle verilebilir; 4 A tepine ayarlı olan bir aşırı akım rölesinden 3 A’lık yük akımı geçerken bir arıza olursa, arıza anında geçen akım çok büyük olacağından, bu röle çekerek kontağını kapatacaktır ve ait olduğu kısmın kesicisini açtırmak isteyecektir. Ancak henüz kontak kapatmadan arıza akımı kesilirse, rölenin sükunete geçerek devreyi kesmemesi gerekir. Rölenin bırakma akım değeri, 3 A'’an küçükse, normal yük akımı nedeniyle rölenin kontakları kapalı kalacağından kısa bir süre sonra gereksiz yere açtırma işlemi yaptırılacaktır. Igd Çekme ve bırakma değerleri arasındaki oran kgd = ----------- ile Iç

Tanımlanır. Igd bırakma, Iç ise kontak kapatma için rölenin çekme yaptığı minimum akım değeridir. Zıt kuvvetin yayla sağlandığı rölelerde, elektriki çekme kuvveti; k.Ir2

Fe1 = -------------- ve yay kuvveti Fsp olarak alınır ve

63

sürtünmeler ihmal edilirse, röleyi çalıştıran kuvvet; Fe1 ≥ Fç = Fsp olmalıdır. Röleyi harekete geçiren minimum akım için Rm Fç

Ir = Iç = ---------- x ----------- şeklinde bir tanımlama yapılabilir. wr k Eğer röle klapeli tipte ve klapenin kol uzunluğu 1 ise; çekme kuvveti yerine; Me1 = Fe1.Ir = k.Ir2 döndürme momenti alınabilir. Bu durumda; Rm Mç Iç = ----------- x ----------- olur. wr k wr röle bobininin sarım sayısı, Rm de hava aralığına bağlı olan manyetik devre direncidir. Netice olarak () hava aralığını küçültmek veya rölenin sarım sayısını arttırmakla çekme akım değeri azaltılabilir. Bu oranın değiştirilmesinde hava aralığının rolü büyüktür. Rölenin bırakma (dekuplaj) Igd akım değeri ise; yay kuvvetiyle orantılı olmakla birlikte elektro-manyetik yapıdaki rölelerde, histeresiz kaybına da bağlıdır. kgd; 0,1 ile 0,95 arasında değişir. Bu oran, A.A. ile çalışan röleler de 0,9 ile 0,95; D.A. ile çalışan rölelerde 0,6 ile 0,9 arasında yapılabilir. Rölenin kontağı kapalıyken bobininden geçen akım aniden sıfır yapılırsa, manyetik çevredeki kalıcı mıknatısıyetten dolayı, kontak hemen açılıp röle sükunete gelemez. Histeresiz kaybından ileri gelen bu kalıcı mıknatısıyet nedeniyle kgd kat sayısı 1 yapılamaz. Endüksiyon disk rölelerinde bırakma ve çekme değerleri arasındaki Igd

Kgd = ----------- oranı tabii olarak büyüktür. Çünkü bu tip rölelerin Iç çalışma prensibinde, manyetik devrenin hava aralığının değişmesi işin içine girmemektedir. Kgd = 0,95 – 0,9 arasındadır. Sürtünme ve zıt kuvvet yayının hatalarından dolayı oran 1’den küçüktür. Rölenin çekme akımının ayarıyla bu oran değişmez. Terazi kollu rölelerde ise kalıcı mıknatısıyetten dolayı, rölenin çekme ve bırakma değerleri arasında fark vardır. Modern yapıdaki rölelerde bu oran 0,95’dir. 5. STATİK RÖLELER VE ÇALIŞMA PRENSİPLERİ Statik yapıdaki rölelerin, mekanik yapıdaki rölelere olan üstünlükleri şöyle sıralanabilir: Statik röleler hacim olarak daha küçüktür, sarfiyatları çok düşüktür, çalışma zamanları kısadır ve bazı ünitelerinin ömürleri sonsuz denebilecek kadar uzundur. Bu bakımdan mekanik rölelerin yerini statik röleler almaktadır. Statik rölelerin yapısında önemli bir yeri olan mantık (lojik) devreler aşağıda anlatılmıştır. Ayrıca rölelerin geri dönüş katsayısı (dekuplaj oranı) mekanik rölelere göre daha yüksektir.

64

5.1. Mantık (Lojik) Devre Elemanları ve Tanıtımı Mantık devrelerinde, çıkış sinyali mevcutsa (1) değilse (0) sembolleri ile gösterilir. Örneğin bir rölenin kontağının bir ucunda bekleyen pozitif kontağın açık olması halinde öbür tarafa geçemeyeceği için bu rölenin kontak çıkışı yoktur ve (0) ile gösterilir. Kontak kapandığı takdirde ise pozitif geçeceğinden röle çıkış verecektir ve bu işlemin yapıldığı (1) ile gösterilir. Belli başlı temel mantık devreleri ile bunların elektriki eşdeğerleri şöyle açıklanabilir, (Bunlara kapı devreleri de denebilir). 1. VE (AND) Devresi: Şekil – 25’de E1 ve E2 kontaklarının ancak ikisinin kapanması halinde, bobin kontağını kapatıp A çıkış sinyalini verecektir. E1 E2 E0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1

Şekil – 25

Not: Mantık tablosunda, her sütundaki 0 işareti hizasındaki kontağın açık olduğunu, 1 işareti kapalı olduğunu gösterir. 2. VEYA (OR) Devresi: Şekil – 26’da E1 veya E2 kontaklarından birinin kapanması halinde bobin çalışır ve kontağını kapatıp A çıkış sinyalini verir.

65

E1 E2 A 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1

Şekil – 26

3. DEĞİL (NOT) Devresi: Buna aynı zamanda tersleme kapısı da denilir. Şekil – 27’de E kontağı açıkken A sinyali vardır, kapalıyken bobin çekiktir ve kontağı açıktır, sinyali kesilir.

E A 0 1 1 0

Şekil – 27 4. TERS VE (NAND) Devresi: Bu kapı devresi (Şekil – 28) VE ile TERS devrenin toplamına eşdeğerdir. Üç giriş için bir örnek verilmiştir. E1 E2 E3 A 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0

Şekil – 28

66

5. (NOR) Devresi: Bu kapı devresi ise, VEYA ile TERS kapı devresinin toplamına eşdeğerdir. (Şekil – 29). E1 E2 E3 A 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0

Şekil – 29

6) Sinyal Kitleme Devresi: Şekil – 30a’da E1 kontağı kapandığında bobin kendini E2’nin kapalı kontağından kitler ve E2 açılıncaya kadar A çıkışı vardır. Buna depolama adı da verilir.

Şekil – 30a

7) Flip-Flop Devresi: Şekil – 30b’de E1 ve E2 giriş sinyalleri ile A1 ve A2 gibi iki ayrı çıkış sinyallerine kumanda verilir. E1 E2 A1 A2

0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0

Şekil – 30b

8) Tetikleme Devresi: Mekanik rölelerde kontak devresini temsil eder. Genellikle Schmitt Trigger adıyla anılan bu devre; iletim ve kesimde bulunan iki transistör sisteminden meydana gelir. Tetikleme ünitesinin girişine uygulanan E gerilimi, Ek değerine çıkınca; mekanik rölenin kontak kapatması gibi, taralı alanla gösterilen karesel çıkış gerilimi (A) elde edilir. Ek’ya triggerin ateşleme gerilim seviyesi denilir, (Şekil – 30c). Bu ayar, röle üzerinde yapılır.

67

Şekil – 30c 9) Entegratör Devresi: sembolüyle gösterilir. Şekil – 28a’da doğrultulmuş kare dalga şeklindeki U gerilimi, girişe verildiğinde çıkışta genel olarak; E = U (1 – e-t/RC) Büyüklüğü alınır, (Şekil-30d). Bu tetikleme ünitesine uygulandığında Ek değerinde ateşleme olur (mekanik rölede kontak kapatma)

Şekil – 30d

Ve alınan A sinyali, açma ve diğer devrelere uygulanabilir. Bu ünite, iki büyüklük (akım-akım ve gerilim-akım) ile çalışan rölelerde kullanılır, (örneğin, diferansiyel, mesafe koruma başlatma veya ölçme gibi). Bu durumda, yapılan ölçmede iki büyüklüğün arasındaki faz açısına göre kare dalganın ts zamanı belirlenmiştir. Örneğin, ts = 10 msn’lik zaman, iki büyüklük arasında 1800 faz farkı olduğunu gösterir. ts = 5 msn ise faz farkı 900 demektir.

S

68

5.2. Statik Rölelerin Blok Şemaları Statik rölelerin genel blok şeması Şekil – 31’de verilmiştir.

Şekil – 31

Giriş büyüklüğü (akım veya gerilim) A.A. gerilime çevrilir ve çevirici vasıtasıyla D.A. kare dalgaya dönüştürülür. Seviye dedektörleri tetikleme ünitelerini temsil ederler, (rölelerdeki tep ayarları gibi). Giriş değeri, dedektörün ayarlı olduğu gerilim seviyesini aşarsa, çıkış alınır. Zaman gecikmesi ise, rölenin açma zaman ayarıdır. Sabit veya ters zamanlı olabilir. Şekil – 32’de zaman ünitesiz bir aşırı akım rölesinin blok şeması verilmiştir. Tetik devresinin ateşleme gerilimi, R potansiyometresiyle ayarlanır. Akım A.A. gerilime çevrildikten sonra, köprü devresiyle doğrultulur.

Şekil – 32

69

5.3. Diyotlu Röleler (Döner Bobinli) Hareketli bobinli ve tek büyüklükle çalışan polarize rölelerin D.A. ile çalışması gerektiği bundan evvelki kısımlarda belirtilmişti. Bu rölelerin A.A. ile beslenmesi için röleye uygulanan büyüklüğün doğrultulması gerekir. Akımın her iki alternansında da doğru akım dalgası elde edebilmek için Şekil – 33a’da gösterildiği gibi köprü devresi kullanılmaktadır. Tek çizgili ok pozitif, çift çizgili ok ise negatif alternansı göstermektedir.

a – Diyotlu köprü devresi b – Giriş ve çıkış akımları

Şekil – 33 Şekil – 33b’de ise köprü devresine uygulanan alternatif akım ve köprü çıkışındaki doğrultulmuş akımın zamana göre değişimi gösterilmektedir. 6. ÇALIŞMA ZAMANINA GÖRE RÖLELER Rölelerin ayarlandığı büyüklükte çalışması, ani veya gecikmeli olabilir. Bu nedenle röleler çalışma zamanı yönünden iki kısma ayrılır. 1. Ani çalışmalı röleler, 2. Zamanlı çalışmalı röleler. 6.1. Ani Çalışmalı Röleler Ayarlandığı büyüklükte kontaklarını ani olarak açan veya kapatan rölelere denir. Kısa devre akımlarında veya arızalı kısmın anında servis dışı bırakılmak istendiği durumlarda kullanılır. Ani çalışmalı rölelerde, hareketli parçanın hareket yeteneği nedeniyle bir gecikme düşünülebilir. Ancak bu durum rölenin duyarlılığı ile ilgilidir. Kısaca, ani çalışmalı rölelerde bir zaman ayarı söz konusu değildir. Elektromanyetik ve elektrodinamik prensibe göre çalışan röleler ani çalışmalıdırlar.

70

6.2. Zamanlı Çalışmalı Röleler Ayarlandığı çalışma büyüklüğünde kontaklarını gecikmeli olarak açan veya kapatan rölelere zamanlı röleler denildiği gibi, GECİKMELİ RÖLELER de denir. Sistemimizde oluşan arızalar çoğunlukla geçicidir. Böyle durumlarda arızalı kısmın anında servis dışı bırakılması istenmez. Bu nedenle zamanlı röleler kullanılır. Ayrıca artçı koruma elemanı olarak kullanılan bir rölenin, belirli zaman gecikmesi sonunda işlev yapması gerekir. Bu nedenle de zamanlı çalışmalı röleler kullanılır. Zamanlı çalışmalı röleler iki kısma ayrılır: 1. Sabit zamanlı, 2. Ters zamanlı. 1. Sabit Zamanlı Röleler Çalışma büyüklüğünün değerine bağlı kalmaksızın, ayarlandığı zaman sonunda işlev yapan rölelerdir. Şekil – 34’de sabit zamanlı röle grafiği görülmektedir. Şekilde görüldüğü gibi zaman eğrisi bir doğru şeklindedir. Zaman eğrisinin çalışma zamanıyla kesiştiği noktada değer sabittir. Bu nedenle çalışma büyüklüğü ne olursa olsun röle, ayarlandığı çalışma zamanında kontaklarını açar veya kapatır. Şekilde 8 sn. olarak ayarlanmıştır.

Şekil – 34

71

Sabit zaman özelliği, ani çalışmalı röle ile zaman rölesinin birlikte çalışması sonucu oluşur. Şekil – 35’de bu özelliği oluşturan prensip devresi görülmektedir. Söz konusu şekilde, ani çalışmalı aşırı akım rölesinin kontağının kapanması durumunda zaman rölesi doğru akımla beslenecektir. Çalışmaya başlayan zaman rölesi, ayarlandığı zaman sonunda kontaklarını kapatması ile gerekli işlevi gerçekleştirecek ve olan yardımcı rölenin beslenmesini sağlayacaktır.

Şekil – 35

Görüldüğü gibi sabit zamanlı rölede çalışma zamanı, çalışma büyüklüğü ile bağımlı değildir. Sistemimizde pek çok kullanılan RT tipi elektromekanik zaman röleleri, manyetik frenleme uygulanarak kontak kapanması geciktirilmiş elektromanyetik rölelerdir. Zaman ayarı, manyetik frenlemeyi sağlayan diskin konumunu değiştirmekle yapılır. Röle üzerindeki zaman ayar skalası, bir katsayı şeklinde belirtilir ve diskin konumu, bu skala üzerindeki ayar kolunun hareketiyle değiştirilir. (Şekil – 36).

72

Şekil – 36

Röle zaman ayarı, röle etiketinde (C) harfiyle belirtilen zaman çarpanı ile ayar kolunun karşısındaki katsayının çarpılması sonucu bulunur. Örneğin Şekil – 36’da zaman ayar kolunun karşısındaki katsayı 5’dir. Röle etiketinde belirtilen çarpan değerinin C = 0,5 sn. olduğunu düşünürsek; Röle zaman ayarı = 0,5 x 5 = 2,5 sn.’dir. 2. TERS ZAMANLI RÖLELER Çalışma büyüklüğünün değerine göre çalışma zamanı değişen rölelerdir. Çalışma büyüklüğünün değeriyle çalışma zamanı ters orantılıdır. Şekil – 37’de ters zamanlı röle grafiği görülmektedir.

Şekil – 37 Grafiğe göre çalışma büyüklüğünün iki katında röle çalışma zamanını bulalım:

73

Çalışma büyüklüğü ayar katlarını belirten yatay eksen üzerindeki iki sayısı işaretlenir. Buradan zaman eğrisine dik bir doğru çizilir. Bu doğrunun zaman eğrisiyle kesiştiği noktadan çalışma zamanını belirten dikey eksene bir doğru çizildiğinde röle çalışma zamanı 8 sn. olarak tespit edilmiş olur. Buna göre, rölenin çalışma büyüklüğünün 4 katında 5 sn.’de, 6 katında 3 sn.’de işlev yapıldığı görülebilir. Dikkat edilirse, çalışma büyüklüğü arttığında çalışma zamanı kısalmaktadır. Bilindiği gibi güç trafosundan çekilen akım arttıkça trafonun dayanma zamanı kısalır. Dolayısıyla güç trafosunun daha kısa zamanda servis dışı kalması istenir. Ayrıca geçici bir arıza olabileceği göz önüne alınırsa ters zamanlı röle kullanma daha iyi bir koruma şeklini oluşturur. Kullanılan devrenin özelliğine göre aynı, çalışma büyüklüğünde farklı çalışma zamanına gerek duyulabilir. Bu nedenle ters zamanlı rölelerde zaman eğrisi sayının arttırılması ile aynı çalışma büyüklüğünde farklı çalışma zamanları elde edilir. Şekil – 38’de örnek alınan grafikte görüldüğü gibi, iki kat çalışma büyüklüğünde rölenin 1 nolu eğrisine ayarlanması durumunda çalışma zamanı 8 sn. ise, 2 nolu zaman eğrisine ayarlanması durumunda 11 sn.’dir.

Şekil – 38 Çalışma büyüklüğü ayar katları

Sistemimizde kullanılan ters zamanlı aşırı akım rölelerinde zaman eğrileri 1’den 10!a veya 4-8-14-20 gibi sayılarla belirtilir.

74

Zaman eğrisinin ve buna bağlı olarak röle çalışma zamanının değişmesi: 1 - Karşıt momenti oluşturan yayın konumunu değiştirmekle, 2 - Kontakların konumunu yani başka bir deyişle hareketli kontağın sabit kontağa olan uzaklığını değiştirmekle yapılabilir. 7. ÇALIŞMA BÜYÜKLÜĞÜNE GÖRE RÖLELER Röleler, beslendiği çalışma büyüklüğünün adını alır. Örneğin, akımla besleniyorsa AKIM RÖLESİ, gerilimle besleniyorsa GERİLİM RÖLESİ, güçle besleniyorsa GÜÇ RÖLESİ diye isimlendirilir (Şekil – 39).

Şekil – 39 Çalışma büyüklüklerine göre röleler. 8. BAĞLANDIĞI DEVREYE GÖRE RÖLELER Röleler bağlandığı devreye göre iki kısma ayrılır. - Primer röleler, - Sekonder röleler. 8.1. Primer Röleler Devreye doğrudan bağlanan röleye primer röle denir. Bir primer rölenin devreye bağlanışı Şekil – 40a’da görülmektedir. Primer röleler ucuz ve basit olmaları nedeniyle alçak gerilimde yoğun olarak kullanılmalarına karşın, orta gerilimde sınırlı bir şekilde, sadece aşırı akım rölesi olarak kullanılırlar. 35 kV’a kadar olan fider devrelerinde, kesici sabit kontakları üzerine yerleştirilen primer rölelerin açma mekanizmaları mekanikidir.

75

Primer röleler ucuz olmalarına karşın aşağıdaki özellikleri nedeniyle günümüzde yerlerini sekonder rölelere bırakmaktadır. 1. Açma kumanda ve mekanizmalarının mekaniki olması nedeniyle

arızalanma olasılıkları daha fazla ve bakımları zordur. 2. Bağlı olduğu devre, gerilimsiz bırakılmadan ayar, bakım ve test gibi

çalışmalar yapılamaz. 3. Genel yapısı nedeniyle duyarlı bir koruma elemanı olmadığından tam bir

seçicilik yapılamaz. Orta gerilimde kullanılan primer röleler genellikle elektromanyetik çalışma prensibine göre yapılmaktadırlar ve dolayısıyla ani çalışmalıdırlar. Ancak açma mekanizmalarına elektriki veya mekaniki bir zaman elemanı yerleştirmekle, ters zamanlı röle şekline dönüştürülebilirler. 8.2. Sekonder Röleler Ölçü trafolarının sekonder devresine bağlanan rölelere sekonder röleler denir. (Şekil – 40b). Alçak ve orta gerilim devrelerinde kullanıldığı gibi özellikle yüksek gerilim devrelerinde bu tip rölelerle koruma yapılmaktadır. Sekonder rölelerin tesis maliyeti, primer rölelere göre çok daha yüksektir. Ancak aşağıda belirtilen özellikleri nedeniyle sekonder röleler daha çok kullanılırlar. 1. Açma kumandalarının elektriki olması nedeniyle korumanın başarısızlığa

uğrama olasılığı çok azdır. 2. Röle bobininin beslediği büyüklük belirli oranda düşürüldüğünden, bu

röleler daha duyarlıdırlar. 3. Devre gerilimli durumda iken röle üzerinde ayar, bakım ve test gibi

çalışmalar yapılabilir. 4. Akım, gerilim, güç ve frekans gibi büyüklüklerde çalışabilirler. 5. Yön elemanı olarak kullanılabilirler. 6. Çeşitli çalışma prensiplerine göre yapılabilirler.

76

a – Primer röle b – Sekonder röle

Şekil – 40 9. RÖLE BAYRAK TERTİBATI Röle bayrak tertibatı, rölenin çalıştığını belirten bir işarettir. Rölenin görülebilecek en uygun bir yerine yerleştirilen bu işaretin görünmesi durumunda “Röle bayrağı düştü” denilir. Rölenin dış kısmından bir kol çevrilerek veya bir butona basılarak normal konuma getirilir ya da başka bir deyişle SİLİNİR veya RESET edilir. Bayrak tertibatı aşırı akım rölelerinde iki kısma ayrılır. - Tek bayraklı röle, - Çift bayraklı röle. 9.1. Tek Bayraklı Röle Bayrağı düşen rölenin tespit edilmesi sonucu, arızalı faz ya da başka bir deyişle hangi fazdan arıza geldiği belirlenmiş olur. Tek bayraklı rölede bayrağın, renk veya şekil olarak belirtilmesinde herhangi bir özellik yoktur.

77

9.2. Çift Bayraklı Röle Çift bayraklı rölede bayrak tertibatı iki amaca yöneliktir. Bunlar: 1. Hangi fazdan arıza geldiğini, 2. Aşırı akım arızasının çeşidini belirlemektedir. Çift bayraklı rölenin iki çalışma elemanına sahip olması gerekir. Bu elemanlar çalışma prensibi yönünden indüksiyon ve elektromanyetiktir. Elektromanyetik eleman ani çalışmalı olduğu ve ayar akımı kısa devre akımına göre düzenlendiği için, düşüreceği bayrak kısa devre arızasını belirtir. İndüksiyon eleman ters zamanlı ve ayar akımı aşırı yüklenme akımına göre düzenlendiği için, bu elemanın düşüreceği bayrak da aşırı yüklenme arızasını belirtir. Durum böyle olunca çalışan elemana göre düşen bayrak, aşırı akım arızasının çeşidini belirtmiş olur. Çalışan elemanın veya arıza çeşidinin belirlenmesi bayrak tertibatının yapısına bağlı olarak iki şekildedir: 1. Mekaniki bayrak tertibatı, 2. Elektriki bayrak tertibatı. 1. Mekaniki Bayrak Tertibatı Çalışan elemanın bayrak düşürmesi mekaniki bir yapıya bağlıdır. Bu tip uygulamada arıza çeşidinin belirtilmesinde RENK KODU kullanılır. Düşen bayrağın SARI renkte olması KISA DEVRE’yi SARI,KIRMIZI renkte olması da AŞIRI YÜKLENMEYİ belirtir. 2. Elektriki Bayrak Tertibatı HARF KODU kullanılan bu uygulamada bayrak elemanları elektromanyetik veya indüksiyon tipi elemanların çalışması durumunda genellikle doğru akımla beslenirler. Aşırı akım arızasının çeşidi I veya T harfleriyle ifade edilir. I harfi ile belirtilen bayrak düştüğünde KISA DEVRE arızasını, T harfi ile belirtilen bayrak düştüğünde de AŞIRI YÜKLENME arızasını belirtir. NOT : IACE tipi aşırı akım rölesinde olduğu gibi bazı rölelerde aşırı yüklenme arızasını belirten bayrak elemanında, herhangi bir harf kullanılmamıştır.

78

10. RÖLE PRENSİP DEVRESİ Koruma tertiplerinin prensibi her koruma tertibine özgü olarak farklı şekillerde olmasına rağmen genelde şu şekilde özetlenebilir: 1. Arıza olduğunu işletmeciye duyurabilmek için sesli sinyal verilmesi, 2. Çalışan koruma tertibinin belirlenmesi için ışıklı sinyal verilmesi, 3. Arızalı kısmın devre dışı bırakılması için kesicilere açma kumandası

verilmesi. Bu ve buna benzer prensiplerin gerçekleştirilmesi için uygulanan devreye RÖLE PRENSİP DEVRESİ veya RÖLE DOĞRU AKIM DEVRESİ denir. Sekonder röle prensip devresi ise, kullanıldığı koruma tertibine ve uygulanan sinyal prensibine göre değişen geniş içerikli bir konudur. Burada örnek olarak sabit zamanlı bir fider aşırı akım koruma rölesinin çalışma devresi (prensip yönüyle) ele alınacaktır. Şekil – 41’de fider aşırı akım koruma rölesinin prensip devresi görülmektedir. Bu devreye göre fiderden aşırı bir akım çekilmesi sonucu: I. Ani çalışmalı rölenin kontakları kapanır ve doğru akımla zaman

rölesinin bobini beslenir. II. Bobini beslenen zaman rölesinin ayarlandığı zaman sonunda

kontaklarını kapatması ile;

a. Açma yardımcı rölesi beslenir ve kapanan kontağı üzerinden kesici açma kumandası alır,

b. Sinyal yardımcı rölesi beslenerek kontaklarını kapatır ve;

1. Kapanan bir kontağın üzerinden elektriki kilitleme sağlanır. Böylece

sinyal yardımcı rölesinin istenildiği süre kadar beslenmesini sağlayan devre gerçekleşmiş olur.

2. Kapanan diğer kontak üzerinden “Fider Aşırı Akım” sinyal lambası

beslenir. 3. Bir an kapanıp açılan bir diğer kontak üzerinden korna yardımcı rölesi

beslenir ve kontaklarını kapatır. Korna yardımcı rölesinin kontaklarını kapatması ile bir kontağı üzerinden korna yardımcı rölesinin istenildiği süre kadar beslenmesini sağlayan elektriki kilitleme gerçekleşir. Diğer kontağın üzerinden ise korna elemanı beslenerek sesli sinyal sağlanmış olur.

79

NOT: 1- Röle doğru akım devresinde bulunan alarm susturma butonu (Asb),

korna yardımcı rölesinin elektriki kilitlemesini kaldırmaya yarayan normalde kapalı bir butondur.

2- Lamba söndürme butonu (LSb), sinyal yardımcı rölesinin elektriki

kilitlemesini kaldırmaya yarayan normalde kapalı bir butondur. 3- Lamba deneme butonu (LDb), gerektiğinde işletmeci tarafından sinyal

lambalarının sağlamlığını kontrol etmek için kullanılan normalde açık bir butondur.

Ayrıca, bir çok trafo merkezlerimizde uygulanan Fransız ve Amerikan sinyal prensiplerinin işletmecilik yönünden özellikleri şu şekilde özetlenebilir. Fransız sinyal prensibine göre açma ve sinyal, aynı yardımcı röle kontakları üzerinden yapılmaktadır. Dolayısıyla söz konusu yardımcı rölede elektriki kilitleme çözülmeden, ya da başka bir deyişle ışıklı sinyal silinmeden kesici tutmaz. Yani elle kapama kumandası verilen kesici, yardımcı röleden açma kumandası aldığı için tekrar açar. Durum böyle olunca, Fransız sinyal prensibi uygulanan bir trafo merkezinde, arıza sonucu açan kesiciye tekrar kapama kumandası vermeden önce, lamba söndürme butonuna basılmasının gerektiği unutulmamalıdır. Amerikan sinyal prensibinde de benzer özellik bulunmaktadır. Ancak bu uygulamada, çalışan röle bayrağı silinmeden kesicinin tutmaması söz konusudur.

80

Şekil – 41

81

11. SİSTEMİMİZDE KULLANILAN RÖLELERİN KISACA TANITILMASI 11.1. Aşırı Akım Röleleri R S A - 2 : Fransız CdC. Firmasının, indüksiyon ve elektromanyetik prensiplerine göre çalışan tek fazlı aşırı akım rölesidir. İndüksiyon elemanın akım tipleri, 3-4-5-6-8-10-12 Amperdir. Tep değişimi, röle devrede iken, bir vida yardımıyla yapılır. Vida herhangi bir konumdan çıkartıldığında, en büyük akım tepine kendiliğinden ayarlanır. Zaman eğrileri, 4-6-8-11-17-20 sayılarıyla belirtilir. Diski, devamlı döner tiptir. Elektromanyetik elemanın akım ayarı, rölenin sağ üst tarafında ve akım ayarının 4-8 katına ayarlanabildiği gibi, ayar akımını sonsuz konumuna getirmekle ani çalışma elemanı iptal edilebilir. Bayrak tertibatı mekaniki, sarı renkte ve tek bayraklıdır. R S A-20-200 : RSA-2 Rölesinin geliştirilmiş tipleridir. Bayrak tertibatı, mekaniki ve çift bayraklıdır. CO-C 3 H : Japon Orman Tateısı Electronics Co. Firmasının, indüksiyon ve elektromanyetik prensiplerine göre çalışan tek fazlı aşırı akım rölesidir. İndüksiyon elemanın akım tepleri, 3-4-5-6-8-10-12 Amperdir. Tep değişimi, röle devrede iken yedek vida kullanılarak yapılır. Zaman eğrileri, 0-1-2-3-4-5-6-7-8-9-10 sayılarıyla belirtilir ve öndeki kadran çevrilerek değiştirilir. Diski, normalde duran tiptir. Elektromanyetik eleman pistonlu tip ve rölenin sağ-alt tarafındadır. Yeni tiplerde 20-40 A arasındaki bir akım değerine ayarlanabilir. Bayrak tertibatı, elektriki ve tek bayraklıdır. I A C E-11 B2 : İtalyan Compagnıa Generale Dı electtrıcıta firmasının, indüksiyon ve elektromanyetik prensiplerine göre çalışan tek fazlı aşırı akım rölesidir. Kızaklı yada bir başka deyişle çekmeceli tip rölelerdir. İndüksiyon elemanın akım tepleri, 4-5-6-8-10-12-15 Amperdir. Tep ayarı değişimi, rölenin alt kısmında bulunan tarak elemanı çıkartıldığında, rölenin akım bobini uçları kendiliğinden kısa devre olur. Zaman eğrileri, 0-1-2-3-4-5-6-7-8-9-10 sayılarıyla belirtilir. Diski, normalde duran tiptir. Elektromanyetik eleman pistonlu ve rölenin sağ-alt tarafındadır. 20-40 A. arasındaki bir akım değerine ayarlanabilir. Bayrak tertibatı, elektriki ve çift bayraklıdır. P b O : İngiliz Vickers firmasının, indüksiyon prensibine göre çalışan aşırı akım rölesidir. Diski, normalde duran tiptir. Tek fazlı olabildiği gibi bir kasa içine yerleştirilen, iki aşırı akım bir toprak rölesiyle birlikte kullanılan tipleri de vardır. Akım tepleri, röle nominal akım değerinin %’si olarak belirtilir. Tep değişimi devrede iken ve bir vida (çivi) yardımıyla yapılır. Vida herhangi bir konumdan çıkartıldığında en büyük tep değerine kendiliğinden ayarlanır. Bayrak tertibatı, mekaniki ve tek bayraklıdır.

82

C O - 9 : Amerikan Westinghouse firmasının, indüksiyon ve elektromanyetik prensiplerine göre çalışan, tek fazlı aşırı akım rölesidir. Kızaklı yada bir başka deyişle çekmeceli tip röledir. Açma yardımcı rölesi aynı kasa içine yerleştirilmiştir. İndüksiyon elemanının akım tepleri, 2-2, 5-3-3, 5-4-5-6 Amperdir. Tep değişimi röle devrede iken ve yedek vida kullanılarak yapılır. Kızak kolu indirilince akım giriş uçları kısa devre olur ve röle çekilerek kasasından dışarıya çıkarılabilir. Zaman eğrileri, 0-0,5-1-2-3-4-5-6-7-8-9-10 sayılarıyla belirtilir. Bayrak tertibatı elektriki ve çift bayraklıdır. C R : Amerikan Westinghouse firmasının, elektromanyetik ve indüksiyon prensiplerine göre çalışan yönlü aşırı akım rölesidir. Belirli bir yönde geçen akım, tep ayarı değerini bulduğunda röle çalışır. Akım elemanları, yön elemanı bayrak elemanı ve açma yardımcı rölesi aynı kasa içine yerleştirilmiştir. Yön elemanının mıknatıslama bobini, gerilimle beslenir. 0,5-15 A. arasında üç grup halinde imal edilmektedir. Bayrak tertibatı elektrikidir. R M A - 400: Fransız C.d.C. firmasının, denge kollu elektromanyetik prensibe göre çalışan, tek fazlı aşırı akım rölesidir. Mekaniki ve elektriki olarak akım ayarı değiştirilebilir. Mekaniki ayar katsayı sahası, 0,5-1 arasındadır. Elektriki ayar bir vida yardımıyla ve röle devrede iken, bobinlerden birinin servis dışı bırakılmasıyla yapılır. P A K - 400 : Fransız C.d.C. firmasının, RMA-400 akım rölesi, RT-240 zaman rölesi ve RE-300 yardımcı rölelerinin bir kasa içine yerleştirilmiş şeklidir. R M A - 420.2: Fransız C.d.C. firmasının, RMA serisinin bir diğer tipidir. Mekaniki ve elektriki olarak akım ayarı değiştirilebilir. Mekaniki ayar katsayı sahası, 0,6-1,2 arasındadır. Elektriki ayar, bobinlerin seri veya paralel bağlanması ile yapılır. Dıştan köprülü olması nedeniyle röle devrede iken, seri veya paralel konumlarının değiştirilmesi sakıncalıdır. R M A - 800: RMA-420.2 rölesinden farklı, içten köprülü olmasıdır. Bobinlerin seri veya paralel konumlarının değiştirilmesi, röle devrede iken yapılabilir. S: İsviçre Brown Boveri firmasının, elektromanyetik prensibe göre çalışan, tek fazlı aşırı akım rölesidir. Çalışma zamanı, 0,2-10 sn. arasında ayarlanabilen bir zaman rölesiyle birlikte kullanılır. Diğer rölelerden farklı olarak, röle bobininden geçen akımı gösteren bir ibresi bulunmaktadır. Bayrak tertibatı mekanikidir. S M: İtalyan Magrini firmasının, tek fazlı aşırı akım rölesidir. İki adet elektromanyetik elemanı bulunmaktadır. Biri, çalıştığında bir zaman rölesini besleyerek sabit zamanlı çalışmayı sağlayan elemandır. Diğeri ise, 25-50 A. arasında ayarlanabilen ani çalışmalı elemandır.

83

A S E : İtalyan Muratori firmasının, elektromanyetik prensibine göre çalışan aşırı akım rölesidir. İki veya üç aşırı akım ile bir zaman elemanı aynı kasa içine yerleştirilmiştir. Elektriki ayar değişimi, bobinlerin seri veya paralel bağlanmasıyla yapılır. Bu işlem, röle devrede iken bir ayar kolunun seri veya paralel konuma getirilmesiyle gerçekleştirilir. Seri bağlı iken 2,5 A. paralel bağlı iken 5 A. kademesindedir. SE tipi zaman rölesi, 48 V. Doğru akımla çalışır. Bayrak tertibatı iki kademelidir. Röle kontağını kapayıp zaman rölesini besleyince yarısı, zaman rölesi açma devresini besleyince tamamı düşer. Yönlü çalışma istenilirse (G) tipi röle ile birlikte kullanılır. TAA – 3H : TEK RÖA Grup Müdürlüğü Merkez Araştırma Lab.nın Statik tipte, CO-C3H tipi Aşırı Akım rölesinin zaman karakteristiğine sahip ters zaman karakterli Aşırı Akım rölesidir. Tek fazlı olarak imal edilmektedir. a. Akım Tepleri : 2,5-3-3,5-4-4,5-5-5,5-6.0-6,5-7.0-7,5-8.0 A. dır. Tep ayarı

komütatörlü olup çevirerek yapılır. Akım uçları açılmaz. b. Zaman Eğrileri : 0-1-2-3-4-5-6-7-8-9-10 sayılarıyla belirtilir. Zaman

komütatörü çevrilerek istenilen eğri seçilir. c. Ani Akım Tepi: Çalışma akımının 5-5,5-6-6,5-7.0-7,5-8-8.5-9.0-9,5-10

katlarına ayarlanabilir veya sonsuza ayarlanarak iptal edilebilir. d. Röle Üzerinde: DCVAR sinyali,

GECİKMELİ AÇMA sinyali, ANİ AÇMA sinyali mevcuttur.

e. Röle Üzerinde: Test butonu,

Reset (Sinyal silme) butonu mevcuttur.

f. Röle geriye dönüş oranı (dekuplaj oranı) 0,98’dir. ICM: İsviçre Brown Boveri firmasının endüksiyon prensibine göre çalışan ters zaman karakteristiğine haiz a.a. rölelerinin genel adıdır. Kızaklı ya da başka bir deyişle çekmeceli tip röle olup, röle kasasından çıkarıldığında akım giriş uçları kısa devre olur. ICM 2 ve ICM 21 ters zamanlı, ICM 22 ve ICM 23 ise çok ters zamanlıdır. Rölelerin ani a.a. ünitesi de vardır. Tek fazlı olarak da imal edilmişlerdir. Röle aşağıda belirtilen akım kademelerinden uygun olanı seçilerek toprak rölesi olarak da kullanılabilir.

84

a. Röle akım ayar sahası aşağıdaki şekilde imal edilmektedir. Akım ayar sahası Akım ayar kademeleri 4.0/16 A 4.0 5.0 6.0 8.0 10 12 16 A 2.5/10 A 2.5 3.0 4.0 5.0 6.0 8.0 10 A 1.5/6.0 A 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0 5.0 6.0 A 1.0/4.0 A 1.0 1.25 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0 A 0.8/3.2 A 0.8 1.0 1.2 1.6 2.0 2.4 3.2 A 0.5/2.0 A 0.5 0.6 0.8 1.0 1.2 1.5 2.0 A 0.2/0.8 A 0.2 0.25 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 A b. Röle zaman eğrileri % 10-20-30-40-50-60-70-80-90-100 olarak belirtilir

ve öndeki kadran çevrilerek değiştirilmektedir. c. Röle ani akım ayarı 2.5-10 Iç arasında sürekli ayarlanabilir veya ∞

yapılarak iptal edilebilir. d. Rölenin üzerinde gecikmeli veya ani çalıştığını gösteren iki bayrak

bulunur. e. Röle geriye dönüş oranı (dekuplaj oranı) 0,96’dır. 11.2. Toprak Röleleri R M V - H3 : Fransız C.d.C. firmasının, elektromanyetik prensibe göre çalışan ve rezidüel gerilimle beslenen bir toprak rölesidir. Homopolar toprak koruma rölesi olarak kullanılır. Gerilimin yalnız bir harmoniğini (50 Hz) geçiren Fuh-1 filtresi ile birlikte monte edilir. R R C - 2 : Fransız C.d.C. firmasının, elektromanyetik prensibe göre çalışan toprak rölesidir. Fider TOPRAK KORUMA DEVRELERİNDE KULLANILIR. Açma yaptırılabilmesi için RMV-H3 tipi rölenin daha önce kontağını kapatmış olması gerekir. R M A - 422 : Fransız C.d.C. firmasının akımla beslenen toprak rölesidir. Nominal akım değerleri, 0,5-1 Amperdir. Özellikleri, RMA-420.2 aşırı akım rölesi gibidir. R P 1 : Fransız C.d.C. firmasının pistonlu elektromanyetik prensibe göre çalışan ve akımla beslenen toprak rölesidir. Röle ayarları duyarlıdır. Süratli darbe ve büyük kısa devre akımlarına karşı dayanıklıdır. Tep değişimi, röle devrede iken ve pistonunun konumunu değiştirmekle yapılır. CO - L 23 H : Japon OMRON Tateısı Electronics CO. Firmasının, indüksiyon ve elektromanyetik prensiplerine göre çalışan toprak rölesidir. İndüksiyon elemanının akım tepleri, 1-1,2-1,4-1,6-1,8-2 Amperdir. Elektromanyetik (ani çalışma) elemanı, pistonlu tip ve rölenin sağ-alt

85

tarafındadır. 1,5-10 A. arasında bir akım değerine ayarlanabilir. Diğer özellikleri, CO-C3H aşırı akım rölesi gibidir. P h O : İngiliz Metropolitan Vickers firmasının indüksiyon prensibine göre çalışan toprak rölesidir. Akım tepleri, nominal akımın %‘si olarak belirtilir ve % 10-15-20-25-30-40 değerlerindedir. Zaman eğrileri, 0-0,1-0,2-0,4-0,6-0,8-1 sayılarıyla belirtilir. Diğer özellikleri, PbO aşırı akım rölesi gibidir. C O : Amerikan Westinghouse firmasının, indüksiyon ve elektromanyetik prensiplerine göre çalışan toprak rölesidir. İndüksiyon elemanın akım tepleri, 0,5-0,6-0,8-1-1,5-2-2,5 Amperdir. Elektromanyetik elemanın akım ayarı 10-40 A. arasındaki bir akım değerine ayarlanabilir. Diğer özellikleri, CO-9 aşırı akım rölesi gibidir. S M : İtalyan Magrini firmasının, elektromanyetik prensibine göre çalışan toprak rölesidir. Özellikleri, SM tipi aşırı akım rölesi gibidir. Tek farkı akım kademelerinin küçük olmasıdır. I A C E - 14 B : İtalyan Compagnia Generale dı Electtrıcıta firmasının, indüksiyon ve elektromanyetik prensiplerine göre çalışan toprak rölesidir. İndüksiyon elemanının akım tepleri, 0,2-0,3-0,4-0,5-0,6-0,8-1 Amperdir. Zaman eğrileri, 0-0,5-1-2-3-4-5-6-7-8-9-10 sayılarıyla belirtilir. Diğer özellikleri, IACE-11 B2 aşırı akım rölesi gibidir. TT – 3H : Tek RÖA Grup Müd. Merkez Araştırma Laboratuarının statik tipte CO-C3H tipi aşırı akım rölesi zaman karakteristiğine sahip ters zamanlı toprak rölesidir. Tek fazlı olarak imal edilmektedir. a. Akım Tepler: 0.6-0.7-0.8-0.9-1.0-1.1-1.2-1.3-1.4-1.5-1.6-1.7 A’dir. Tep

ayarı komütatörlü olup çevirerek yapılır. Akım trafo ucunun açık olması söz konusu değildir.

b. Zaman Eğrileri: 0-1-2-3-4-5-6-7-8-9-10 sayılarıyla belirtilir. Zaman

komütatörü çevrilerek istenilen eğri seçilir. c. Ani Akım Tepi : Çalışma akımının 5-5.5-6-6.5-7-7.5-8-8.5-9-9.5-10

katlarına ayarlanabilir veya sonsuza ayarlanarak iptal edilebilir. d. Röle Üzerinde: “DC VAR” sinyali,

“GECİKMELİ AÇMA” sinyali, “ANİ AÇMA” sinyali mevcuttur. e. Röle Üzerinde: TEST BUTONU,

RESET (sinyal silme) BUTONU mevcuttur. f. Röle geriye dönüş oranı (dekuplaj oranı) = 0.98’dir.

86

ST – 4A: T.E.K. R.Ö.A. Grup Müd. Merkez Araştırma Laboratuarı imalatı olan sabit zamanlı ve ani açma ünitesi olan statik bir röledir. a. Akım Tepleri: 0.3-0.5-0.7-0.9-1.1-1.3-1.7-1.9-2.1 Amperdir. Tep ayarları

komütatörlü olup, çevrilerek yapılır ve bu esnada akım trafo uçlarının açık olması söz konusu değildir.

b. Zaman Tepleri: 0.5-1-1.5-2-2.5-3-3.5-4-4.5-5 (Sn) olup, komütatör ile

istenilen zaman ayarı yapılabilir. c. Ani Akım Tepi: Çalıma akımının 5-5.5-6-6.5-7-7.5-8-8.5-9-9.5-10 katı

şeklinde olup, komütatör yardımı ile istenilen tep değerine ayarlanabilir. Ani çalışma ünitesi iptal edilmek istendiğinde komütatör sonsuza ayarlanır.

d. Röle Üzerinde: “DC VAR” sinyali,

“GECİKMELİ AÇMA” sinyali, “ANİ AÇMA” sinyali mevcuttur.

e. Röle Üzerinde: TEST BUTONU

RESET (Sinyal silme) BUTONU mevcuttur. f. Röle geriye dönüş oranı (dekuplaj oranı) = 0.98’dir.

87

AŞIRI AKIM KORUMA

1. AŞIRI AKIM Aşırı akımı iki kısımda ele alabiliriz. 1.1. Aşırı Yüklenme Akımı Sistemdeki tüm teçhizat belli bir akım seviyesine göre yapılan hesaplar sonunda dizayn edilmiştir. Değişen sistem koşullarında veya zorunlu durumlarda sistemden nominal işletme akımının üzerinde bir akım çekilmesi aşırı akımın oluşum nedeni olarak gösterilir. 1.2. Kısa Devre Akımı sistemde fazların birbirine veya toprağa temasıyla oluşan ve sistemin devresini bozacak yönde etki yapan, nominal işletme akımının üzerindeki bir değerde oluşan akımı kısaca “kıs devre akımı olarak tarif edebiliriz. 1.3. Aşırı Akımın Oluşumu Arızalar, fazlar arası, faz toprak arası veya faz iletkenleri ile iletkenin çevresindeki ekranlama arasındaki yalıtım (İzolasyon) direncinin azalması koşullarında oluşur. Nem, buz, sis, kurum, toz, direk devrilmesi, rüzgar, yıldırım gibi dış etkenlerle, işletme koşulları (manevra sırasında oluşan aşırı gerilimler, yanlış manevra vb.) izolasyon maddelerinin bozulmasına neden olur. Yıldırımlardan oluşan aşırı gerilime karşı, koruma teli, ark boynuzu ve parafudurlarla sağlanır. Ancak konumuz gereği koruma denildiğinde anlaşılması gereken “aşırı akıma karşı korumadır”. Koruma, geçici rejimler sırasında oluşan aşırı gerilimlere karşı yapılmaz. Asıl koruma sürekli rejim koşullarında aşırı akıma karşı yapılır. Aşırı akımı oluşturduğu yer açısından iki kısma ayırabiliriz. (Şekil – 1 ). - İç arızalarda oluşan aşırı akımlar, - Dış arızalarda oluşan aşırı akımlar.

88

Şekil – 1 iç ve dış arızaların gösterilişi

1.4. İç Arızalarda Oluşan Aşırı Akımlar Güç trafosunun izolasyon maddelerinin (pamuk, ipek, kağıt, izolasyon yağı gibi) zamanla aşırı akım yada aşırı gerilim etkisiyle izolasyonun zayıflaması ve izolasyon seviyesinin düşmesi sonucunda sarımlar arasında, sargılar arasında veya sargı ile tank arasında zayıf noktalar oluşur. Herhangi bir zorlamada bu zayıf noktalardan iç arızalar oluşur. Bu arızalar, a. Sarımlar arası kısa devre, b. Sargılar arası kısa devre, c. Sargı ile tank arasına kısa devre arızalarıdır. (Şekil – 1). 1.5. Dış Arızalarda Oluşan Aşırı Akımlar Güç transformatörünün beslediği devrede arıza sırasında oluşan aşırı akım olup, üç gruba ayrılır. a. Fazlar arası kısa devre, b. Faz-toprak kısa devresi, c. Aşırı yüklenme (Şekil – 1). - Güç transformatörünün beslediği devre olan bara veya fiderlerde oluşan

bu arızaların nedenleri şu şekilde özetlenebilir: - Aşırı gerilim sonucu izolatör üzerinde ark oluşması, - Buşing veya izolatörlerin kırılması ya da çatlaması,

89

- İletkenlerin rüzgarda sallanmasından veya kar yağışından dolayı birbirine yaklaşması,

- İletken kopması, direk yıkılması, bir ağacın e.n.h.’na yaklaşması, - Güç transformatöründen beslenen müşterilerin aşırı yük çekmeleri. 1.6. Aşırı Akımın Etkileri Kısa devrelerde generatörler daha küçük bir empedansı besleyeceği için, akımlar normal değerlerinin üzerine çıkarlar. Bu akımların güç sisteminin elemanları üzerindeki etkileri ise ikiye ayrılır. 1.7. Termik Zorlama Termik zorlama, akımın genliğine ve arızanın süresine bağlıdır. Termik etki iletkenlerin izolasyonunu zorlar. İletkenin ısısı arttıkça izolasyonun ısıya karşı dayanırlığı azalır. Isı akımın karesi ile orantılı olarak artar. O sınıfı izolasyonda izolasyon sıcaklık limiti 900, A sınıfı izolasyonda izolasyon sıcaklık limiti 1050, B sınıfı izolasyonda izolasyon sıcaklık limiti 1300, O, A, B gibi sınıflar dielektrik sıvı içine daldırılmış veya daldırılmamış pamuk, ipek, kağıt ve benzeri organik maddeler ile yapılmış izolasyonu gösterir. 1.8. Mekaniki Zorlama Mekaniki zorlama ise akımın genliğine bağlı olup, büyük arıza akımları sargılarda, baralarda, izolatörlerde tehlikeli dinamik kuvvetler oluşturur. Mekaniki zorlamalar, güç trafoları ve generatörlerde şekil bozuklukları, iyi tespit edilmemiş bara sisteminde benzer bozukluklara neden olurlar. Üzerinden akım akan iletkenler, oluşan elektromanyetik kuvvetin etkisiyle ya birbirini iterler, ya da birbirini çekerler. Bu oluşan kuvvet iletkenlerden akan akımın genliği ile doğru orantılıdır. Arızaların oluşumu engellenemeyeceğine göre, aşırı akımların oluşması da kaçınılmazdır. Bu durumda tasarım düzeyinde aşırı akımların genliğinin sınırlandırılması nötr dirençleri ve seri reaktörlerle sağlanır. Aşırı akımın sistem elemanları üzerindeki etkisine değinirken termik zorlama konusunda arıza akımının geçiş süresi ile ilişkisine değinilmişti. Biz rölelerle, arıza akımının sistem elemanları üzerindeki termik etkisine müdahale etmiş oluruz. Böylece arızalı elemanı en kısa sürede arızadan ayırarak, arızanın sistem elemanını beslemesini engellemiş oluruz. Öyleyse koruma röleciliğinin fonksiyonu, bir arıza anında güç sisteminin herhangi bir elemanı servis harici etmek için, kesicilere açma kumandası vermek, bunun yanında gerekli sinyalizasyon sistemi ile T.M.’deki görevli kişileri arızanın tipi, süresi, yeri gibi koşullarda bilgilendirmektir (Şekil-2).

90

Şekil – 2 Aşırı akım rölesiyle sekonder koruma prensip resmi.

Primer röle devreye doğrudan bağlanırken; sekonder röle devreye bir akım trafosu bağlanarak, akım trafosunun sekonderinden beslenir. İlgileneceğimiz röleler sekonder röle olacaktır. Koruyacağımız elemanlar ise generatör, transformatör, bara, hat, reaktör, kapasitör, nötr direnci ve fiderlerdir. “Korumacılığı nasıl bir anlayış ile yapmalıyız?” sorusu ise şöyle yanıtlanır. Güç sisteminin tüm elemanlarını korumalıyız. Her bir eleman, bir koruma bölgesi içinde kalmalıdır. Koruma bölgeleri de birbirini kapsamalıdır. Güç sisteminin koruma bölgeleri aşağıdaki Şekil – 3’de gösterilmiştir.

91

Şekil – 3 2. AŞIRI AKIM RÖLELERİ 2.1. Aşırı Akım Rölelerinin Çalışma Özellikleri Aşırı akım röleleriyle ilgili bilinmesi gerekli bazı temel tanımları şu şekilde yapabiliriz; Çalışma Akımı: Aşırı akım rölesinin ayarlandığı akımdır. Röle bu akımda çalışmaya başlar ilk hareket akımı olarak da tanımlayabileceğimiz bu akım Iç ile belirtilir. Çalışma akımına aynı zamanda kuplaj akım da denir. Çalışma Zamanı: Bir aşırı akım rölesinin, çalışma akımının üzerinde bir akımla beslendiği andan kontağını kapattığı ana kadar geçen süre olarak tanımlanır ve tç ile belirtilir. Geri Dönüş Akımı: Önceden kontağını kapatmış bir aşırı akım rölesinin, kontağının açılmasına yol açan en büyük akıma denir. Igd ile belirtilir. Geri dönüş akımına aynı zamanda dekuplaj akımı da denir.

92

Geri Dönüş Oranı: Geri dönüş akımının çalışma akımına oranına denir. Çalışma akımı Iç, geri dönüş akımı Igd, geri dönüş oranı Kgd ile gösterilirse, Igd Geri dönüş akımı (dekuplaj akımı) Kgd = -------- = -------------------------------------------------- olur. Iç Çalışma akımı (kuplaj akımı) Örnek Geri dönüş oranı, TEK Akköprü imalatı a.a. rölelerinde: 0,98 ICM tipi a.a. rölelerinde : 0,96 IM3x tipi a.a. rölelerinde : 0,86 – 0,85 CDG tipi a.a. rölelerinde : 0,90 RMA-420 ve 421 tipi a.a. rölelerinde : 0,87 RMA-422 tipi a.a. rölelerinde : 0,60 RMA-410 tipi a.a. rölelerinde : 0,50 Geri dönüş oranı O.G. şebekelerindeki röleler için önemli bir özelliktir. Bunu aşağıdaki şekil yardımıyla açıklayabiliriz. F noktasındaki arızayı ilk önce 2 nolu röle temizler eğer temizleyemezse (rölenin çalışmaması, kesicinin tutukluluk yapması vb. nedenlerle) 1 nolu röle arızayı temizler. Dolayısıyla bu arızada 2 nolu röle ile birlikte 1 nolu rölede çalışır. Ancak 2 nolu röle arızayı daha önce temizleyeceğinden 1 nolu rölenin sükunete dönmesi gerekir. Bunu ise arızadan sonra devreden geçen yük akımına bağlı olarak rölenin geri dönüş akımını belirler. Eğer arızadan sonra geçen akım, geri dönüş akımından büyükse 1 nolu röle çalışmaya devam eder ve gereksiz açmaya neden olur. Ayrıca geri dönüş akımı, yol alma akımı (demeraj akımı) açısından da önemlidir. Bu konu 5.1.’de ayrıntılı olarak anlatılmıştır. Yük: Bir a.a. rölesinin yükü, beslendiği akım transformatörün sekonder sargısından çektiği güçtür. VA (Volt x Amper) olarak belirtilir. Örnek: 0,5-2,5 A tepli CC-2 tipi rölenin yükü; 0,5 A ile beslenmesi halinde 4,8 VA; 5 a ile beslenmesi halinde 256 VA’dır. Yani rölenin akım bobininin empedansı ilk halde, I2. Z = 0,52. Z = 4,8 Z = 19,2 Ω dur.

93

İkinci halde, I2. Z = 52. Z = 256 Z = 10,24 Ω dur. Elektronik rölelerde, bu değer çok küçüktür. Akköprü imalatı a.a. röleleri, nominal akımda 0,01 VA güç çekerler. Kısa süreli dayanma akımı: a.a. rölelerinin hasar görmeden bir saniye süreyle taşıyabilecekleri maksimum akım değeridir. Dinamik dayanma akımı: Manyetik alan nedeniyle oluşan mekanik kuvvetler açısından rölenin dayanabileceği maksimum akım değeridir. Yani rölenin bir anlık (örneğin 1 periyot süreyle) hasar görmeden taşıyabileceği maksimum akım değeridir. Sürekli dayanma akımı: a.a. rölesinin hasarlanmadan sürekli olarak taşıyabileceği maksimum akım değeridir. Örnek: ICM tipi a.a. rölelerinde, kısa süreli dayanma akımı, minimum ayar değerinin 100 katı; dinamik dayanma akımı, minimum ayar değerinin 500 katı; sürekli dayanma akımı, ayar akımının 2 katıdır. 2.2. a.a. Rölelerinde Ani Eleman, Yardımcı Kontaktör ve Bayraklar Ani elemanın akım bobini, zamanlı elemanınkine seri olur. Bu eleman her rölede bulunmaz. Yardımcı kontaktör, her rölede bulunmaz. D.A. gerilim veya akım beslemeli hatta A.A. gerilim beslemeli tipleri vardır. Yardımcı kontaktör kullanmanın başlıca avantajları, kontak sayısını çoğaltmak, kontak akım kesme kapasitesini arttırmak, kesici açıncaya kadar kontağı kapalı tutup açmayı garantilemektir. Yardımcı kontaktör elektriksel olarak kitlenecekse bu, kesici hareket sonu kontağı üzerinde yapılmalıdır. Akım beslemeli olanlarda, kontaktör bobini ile kesici açma bobini seri bağlanmalıdır. Bayraklar, ihtiyari elemanlardır. Her rölede bulunmaz. Mekanik veya elektriksel olarak harekete geçen tipleri vardır. Elektriksel olanları ayrı bir bayrak kontaktörüyle çalışabilir. Bayrakların reseti (sükunet haline dönüşü), genellikle röle kutusunun dışından elle kumanda edilen mekanik bir düzenle veya (elektriksel olanlarda) butonla sağlanır. Gerek yardımcı kontaktör, gerek bayraklar, zamanlı ve ani eleman için ortak olarak (birer adet) bulunabileceği gibi, ayrı ayrı (ikişer adet) bulunabilir. a.a. rölelerinde, ani eleman, yardımcı kontaktör ve bayrak gibi elemanların bulunup bulunmadığı, bulunuyorsa özellikleri imalatçılarca, genellikle röle tipini belirten harflerin yanına ilave harf ve rakamlar konarak ifade edilir. Hatta rölenin akım zaman karakteristiği de böyle harflerle belirtilir. Ancak bu konuda genel bir kodlama yoktur.

94

Örnek: CO tipi Westinghouse yapısı a.a. rölelerinde, 7 rakamı, rölenin ılımlı ters zamanlı, 8 rakamı, rölenin ters zamanlı, 9 rakamı, rölenin çok ters zamanlı, 11 rakamı, rölenin aşırı ters zamanlı olduğunu gösterir. Omron yapısı CO tipi a.a. rölelerinde, tipi gösteren CO harflerinden sonra gelen, C harfi, rölenin normalde açık kontağı olduğunu, O harfi, rölenin normalde kapalı kontağı olduğunu, 3 rakamı, rölenin yardımcı kontaktörü olduğunu, H harfi, rölenin ani elemana sahip kontağı olduğunu, B harfi, rölenin bayrak kontaktörünün kontağı üzerinden kendini kitlediğini; en son gelen 3YF sembolü ise röle kutusunun kara şeklinde gömme tipi olduğunu gösterir. Yukarıda anlatılanların dışında a.a. rölesinin siparişinde belirtilmesi gereken veya kullanımı sırasında dikkat edilmesi gereken diğer teknik özelliklerine örnek olarak ICM tipi a.a. rölesine ait olan değerler, aşağıda verilmiştir; Geri dönüş süresi : % 100 eğrisinde 9,5 sn., Maksimum aşırı çalışma süresi : 20 milisaniye, Ani elemanın maksimum hatası : % 10, Bobin direnci : 10 Ω (0,2 A tepinde)

0,64 Ω (1 A tepinde) 2.3. a.a. Rölelerinin Çalışma Karakteristiklerine Göre Sınıflandırılması Aşırı akım röleleri akım-zaman karakteristiklerine göre ikiye ayrılırlar; Çalışma akımından büyük olmak koşuluyla hangi akımla beslenirse beslensin, çalışma zamanı aynı kalan a.a. rölelerine “sabit zaman gecikmeli” ya da kısaca “sabit zamanlı” denir. Çalışma akımından büyük kalmak koşuluyla beslendikleri akım değeri büyüdükçe, çalışma zamanları küçülen a.a. rölelerine kısaca “ters zamanlı” röleler denir. Ani çalışan röleler, sabit zamanlı rölelerin özel bir çeşidi olarak kabul edilir. Zaten uygulamada sabit zamanlı a.a. rölesi, ani bir a.a. rölesine sabit zaman gecikmesi temin eden bir zaman rölesinin aynı kutu içinde ya da ayrı bir kutuda ilave edilmesiyle elde edilir. Yapıları gereği, elektromanyetik çekme prensibine göre çalışan a.a. röleleri ani, endüksiyon disk prensibine göre çalışanlar ise ters zamanlıdır. a.a. röleleri pratikte genellikle tek bir karakteristiğe sahip olarak kullanılmaz. Bunların bir grubu, aslında ters zamanlı rölelerdir, fakat

95

akımın belli bir değerinden itibaren artık akımın arttırılması zamanı azaltmaz, akımın bu değerinden sonra, zaman sabit kalır. Bunlara “belli minimumlu ters zamanlı” röleler denir. Karakteristiklerinin ters zamanlı bölümüne, akıma bağlı olarak değiştiği için “bağımlı” kısım, sabit zamanlı bölümüne ise “bağımsız” kısım denir. Pratikte pek çok kullanılan bir yöntem, ters ya da sabit zamanlı bir röleye ani bir eleman ilave edilmesidir. Böylece ani elemanın çalışma değerine kadar, zaman gecikmeli, bu değerden itibaren, ani zaman karakteristiği bir arada elde edilmiş olur. Anlatılanların özeti Şekil – 4‘de verilmiştir. Şekilde, akım ekseni, rölenin ayarlı olduğu çalışma akımının katları, zaman ekseni, saniye olarak bölümlenmiştir.

Şekil – 4 a. Ani çalışmalı a.a. röle karakteristiği, b. Sabit zamanlı a.a. röle karakteristiği, c. Ters zamanlı a.a. röle karakteristiği, d. Belli minimumlu ters zamanlı a.a. röle karakteristiği, e. Ani elemanlı ters zamanlı a.a. röle karakteristiği, f. Ani elemanlı sabit zamanlı a.a. röle karakteristiği,

96

a.a. rölelerinin çalışma karakteristikleri (akım-zaman eğrileri), t = f (I) fonksiyonunun t ve I eksenlerinden oluşan bir koordinat sisteminde gösterilmesinden ibarettir. Bu fonksiyon genel olarak, K t = ------------------- (K: sabit bir sayı, Iç : çalışma akımı) ( I / Iç )n şeklindedir. n’nin çeşitli değerlerine göre, değişik eğimlere sahip karakteristikler elde edilir. n = 0 için ( I / Iç )0 = 1 olur, buradan;

t = K sabit olur. yani, n = 0 alındığında, sabit zamanlı röle karakteristiği elde edilir. n = 1 için, K t = ---------- I / Iç olur. Bu ifade bize, çalışma akımının katları şeklinde arttırılan akım değerlerine karşılık, azalan zaman değerlerini verir. Yani n = 1 için ters zaman karakteristiği elde edilir. n’nin 1’den büyük değerleri için akımın, çalışma akımının katları şeklinde artan değerlerine karşı, hızla azalan zaman değerleri bulunur. Yani n = 2 için çok ters, n = 3 için aşırı ters zamanlı röle karakteristikleri elde edilir (Şekil – 5).

Şekil – 5

97

Ani çalışan rölelerde, genellikle, I = Iç değerinden itibaren karakteristik verildiği halde, ters zamanlı rölelerde, I = 1,5 . Iç değerinden önce zaman değerleri istikrarsızdır; bu yüzden bunlarda, karakteristik 1,5 x Iç değerinden itibaren verilir. Örnekler: ICM2, ICM21, CO-8 CDG11 ters, ICM22, ICM23, CO-9 CDG13 çok ters, CO-11, CDG14 aşırı ters zamanlı rölelerdir. Ters zamanlı rölelerde, çalışma akımının katlarına karşılık gelen zaman, gecikme değerlerine karşılık düştüğü rölenin plak üzerinde verilen eğrilerden anlaşılır. Bu plaka üzerindeki eğri t = 10 eğrisidir. t = 1, t = 2,..........t = 10 gibi çeşitli eğri değerlerinde çalışma akımının katlarına karşılık gelen zaman gecikme değerleri, bir çizelge halinde aşağıdaki gibi oluşturulur (Çizelge 1). Örnek 1: OMRON yapısı CO-C3H tipi a.a. rölesi alındığında t = 10 eğrisi, rölenin önündeki plaka üzerinde verilir. t = 1 eğrisi t = 10 eğrisinin 1/10’i, t = 2 eğrisi t = 10 eğrisinin 2/10’si vb. gibi değerler elde edilir. AKIM

Iç ZAMAN KADEMELERİ (TAP)

t = 1 t = 2 t = 3 t = 4 t = 5 t = 6 t = 7 t = 8 t = 9 t = 10 Içx1,5 1,1 2,2 3,3 4,4 5,5 6,6 7,7 8,8 9,9 11,1 Iç x 2 0,6 1,2 1,8 2,4 3,0 3,6 4,2 4,8 5,4 6 Iç x 3 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6 4 Iç x 4 0,36 0,72 1,09 1,46 1,82 2,2 2,55 2,92 3,28 3,65 Iç x 5 0,32 0,64 0,97 1,29 1,61 1,93 2,26 2,58 2,90 3,23 Iç x 6 0,29 0,58 0,87 1,16 1,45 1,74 2,03 2,32 2,61 2,96 Iç x 7 0,27 0,54 0,82 1,10 1,38 1,65 1,93 2,20 2,48 2,76 Iç x 8 0,27 0,54 0,81 1,08 1,35 1,62 1,89 2,16 2,43 2,71 Iç x 9 0,26 0,52 0,78 1,04 1,3 1,56 1,82 2,08 2,34 2,65 Iç x 10 0,25 0,50 0,75 1,0 1,25 1,5 1,75 2 2,25 2,50

Çizelge – 1

a.a. rölesinin çalışma akımının ayarında dikkat edilmesi gereken özellik, röle serviste iken ayar yapma zorunluluğu varsa, akım trafosunun sekonder sargısının açık kalmamasına dikkat etmektir. 3. AŞIRI AKIM RÖLELERİNİN ŞEBEKEYE BAĞLANMASI 3.1. Üç a.a. Rölesiyle Yapılan Koruma Her faza birer adet a.a. rölesi konarak gerçekleştirilen 3 a.a. koruma şeması, Şekil – 6’da verilmiştir.

98

Şekilde, P1 ve P2 noktaları arasında kalan primer şebeke bölümü, akım trafosunun primer sargısını, s1 ve s2 noktaları arasındaki sargı, akım trafosunun sekonder sargısını; 1 ve 2 noktaları arasında kalan sargı ise, a.a. rölesinin akım bobinini göstermektedir. Primer sargıda, akım P1’den girerse sekonder sargıda S1’den çıkar. Rölelerin akım bobinlerine, akımın 1 nolu uçtan ya da 2 nolu uçtan girmesi önemli değildir. Bu yüzden primer tarafta da P1 ucunun, hat ya da bara tarafında olması önemli değildir.

Şekil – 6

3.2. İki a.a. ve Bir Toprak Rölesiyle Yapılan Koruma Şekil – 7’de iki faza ve nötr devresine birer adet a.a. rölesi konulmak suretiyle gerçekleştirilen a.a. koruma şeması verilmiştir. Buradan, hatta üç fazlı dengeli akım aktığı kabul edilerek, rölelerden geçen akımlar da gösterilmiştir. Şekilden açıkça görüleceği gibi, akım trafolarının bağlantıları bu koruma şemasında önemlidir. P1 uçlarının hat ya da bara tarafında olması gene önemli değildir. Ancak nötr iletkeni üzerinde bulunan a.a. rölesine, üç fazlı dengeli yük halinde, akım gelmemesi, diğer bir deyişle üç faz akımının aynı yönde gelmesi sağlanmalıdır.

Şekil – 7

99

3.3. İki a.a. ve Bir Toprak Rölesiyle Yapılan Korumada Arıza Çeşitleri Şekil – 8 a ve b’de farklı fazlardaki, faz-toprak arızaları için (2 faz + 1 nötr) a.a. koruma şemasında bağlı rölelerin çalışması gösterilmiş olup yük akımları şeklin çiziminde dikkate alınmamıştır. Burada, tüm arıza tiplerini çizmek gereksizdir. Fakat kısaca şunlar söylenebilir; Üç a.a. koruma şemasında; bir faz-toprak arızalarında, sadece arızalı fazdaki a.a. rölesi çalışır. Faz-faz kısa devresinde iki,üç faz kısa devresinde ise, üç a.a. rölesi çalışır. (2 faz + 1 nötr) a.a. koruma şemasında; bir faz-toprak arızasında, arıza röle bulunmayan fazda ise, sadece nötr a.a. rölesi, aksi takdirde, nötrle birlikte faz a.a. rölelerinden biride çalışır. Topraksız faz-faz arızalarında bir veya iki faz a.a. rölesi, üç faz arızalarında, iki faz a.a. rölesi çalışır. İki faz-toprak arızasında ise, nötr a.a. rölesi ile birlikte bir ya da iki faz a.a. rölesi çalışır. (Fazlar arası korumaya aşırı akım koruma, nötr noktasındaki korumaya ise Toprak koruma adı verilir).

Şekil – 8

a. C fazı-toprak arızası; bu arızada, C fazı ve nötr a.a. röleleri çalışır. b. B fazı-toprak arızası; bu arızada, sadece nötr a.a. rölesi çalışır.

3.4. Hatalı Bağlantılar a. Polarite hatası: A.T.’nin birbirinin, primer ya da sekonder polarite ucunun diğer iki fazınkinden farklı bağlanması, en çok rastlanan şekildir. Bu durumda, üç fazlı, dengeli yük halinde, nötr iletkeninden bir faz akımının iki katı geçer, (Şekil – 9 ve 10).

100

Şekil – 9 C faz A.T.’nin primer polarite ucu ters bağlı

Şekil – 9’da (3 faz + 1nötr) a.a. koruma şeması gösterilmiştir. 1, 2 ve 3 nolu faz a.a. rölelerinden faz akımları, nötrdeki a.a. rölesinden (4 nolu röle) faz akımının 2 katı akım geçer, (Şekil – 10).

Şekil – 10

Koruma şeması (2 faz + 1 nötr) a.a. koruma şeması olduğunda da sonuç değişmez. Gene bu hatalı bağlantı halinde nötrdeki röleden yük akımının iki katı akım geçer. Sonuç olarak, polarite hatası için şu söylenebilir; faz a.a. röleleri bundan etkilenmez. Varsa nötrdeki a.a. rölesi, yük akımı yeterliyse arıza olmadığı halde çalışarak gereksiz yere kesiciyi açtırır.

101

b. Oran hatası: A.T.’nin birbirinin diğer ikisininkinden farklı oranda bağlı olması en sı rastlana biçimidir. Bilhassa primer sargılarının seri veya paralel bağlanmasıyla ya da sekonder sargılarındaki kademelerle oranı değiştirilebilen A.T. kullanılması halinde bu hata ile sık sık karşılaşılabilir. Bir örnek olarak, 200-400/5 A oranlı A.T. kullanıldığı, iki fazda 400/5 A diğer fazda 200/5 oranında bağlantı yapıldığı kabul edilsin. Fazlardan geçen yük akımı 320 A. kabul edilerek, nötrdeki a.a. rölesinden geçen hata akımı, Şekil – 112den kolaylıkla görüleceği üzere 4 Amperdir. Bu akım, gereksiz yere nötr a.a. rölesini çalıştırabilir. Ayrıca 8 Amperlik akımın aktığı fazdaki a.a. rölesi de çalışabilir. Sonuç olarak oran hatası için şunu söylemek mümkündür; varsa nötrdeki ve fazlardan birindeki a.a. rölesi, yük akımı yeterliyse arıza olmadığı halde çalışarak kesiciyi açtırır.

Şekil – 11

4. İZOLE (YALITILMIŞ) ŞEBEKEDE KORUMA 4.1. (Yalıtılmış) Şebekede a.a. Koruma Bir izole şebekede, bir fazın toprağa temasında, arıza noktasından toprağa önemli büyüklükte bir akım akmaz. Toplam arıza akımı, şebekenin toprağa göre kapasitif empedansı nedeniyle bir fazdan toprağa akan kapasitif akımın üç katıdır. Bu akım ancak geniş kablo şebekelerinde yüksek değerlere ulaşır. Genellikle pek ufak değerlerde kalır ve tüm fiderlerin kapasiteleri üzerinden devresini tamamlar. Gerek akımın ufak değerde olması gerekse arızasız fiderlerden devresini tamamlaması nedeniyle izole şebekelerde a.a. koruma sadece fazlar arası arızalara karşı kullanılır. Fazlar arası arızalarda ise arıza akımı en az iki fazdan akacağı için üç fazdan ikisine a.a. rölesi konması, böyle arızaların tespiti için yeterli olur. Böylece bir röleden ve bir A.T.’den tasarruf etmek imkanı doğar (Şekil – 12).

102

Şekil – 12 İzole şebeke için 2 a.a. koruma şeması a. Üç A.T. ile b. İki A.T. ile

4.2. İzole (Yalıtılmış) Şebekede Toprak Koruma Şekil – 13’de, izole bir şebekede arıza yokken ve arıza esnasında, toprağa akan akımlar; Şekil – 14’de ise fazlara ait gerilim vektörleri ile Şekil – 13’deki akımların vektörleri gösterilmiştir. Genelde,

Irez – 3 Iç Akımı, küçük bir akım olduğu için böyle şebekelerin toprak arızalarına karşı korunmasında a.a. toprak rölesinin kullanılmadığı daha önce belirtilmişti. Şekil – 14’de görüleceği gibi,izole şebekelerde fazların toprağa göre gerilimleri, arıza esnasında büyük ölçüde değişir. Üç fazın toprağa göre gerilimlerin vektörel toplamı teşkil edildiğinde görülecektir, ki bu gerilim, arıza öncesinde bir fazın toprağa göre geriliminin üç katına eşittir. Şekil – 15’de bu gerilimin elde edilmesini sağlayan, rezidüel gerilim sargısına sahip gerilim trafosunun ve ondan beslenen rezidüel gerilim rölesinin bağlantı şeması verilmiştir. Yani izole sistemlerde, genel olarak, faz-toprak arızalarına karşı, rezidüel gerilim rölesiyle koruma yapılır.

103

Şekil – 13 a. Arızasız halde izole şebekenin fazlarından toprağa akan

kapasitif akımlar (Iac, Ibc, Icc)

b. Arıza esnasında aynı şebekenin fazlarından toprağa akan akımları (Irez = rezidüel akım, arıza noktasından toprağa akan toplam kapasitif arıza akımı).

Şekil – 14 a. Arızasız halde izole şebeke fazlarının toprağa göre

gerilim ve topraktan faz iletkenlerine akan kapasitif akım vektörleri (Bu halde, Vrez=VA+VB+VC=0 ve Irez=Iac+Ibc+Icc=0 dır.)

b. Arıza esnasında aynı vektörler (Bu halde Vrez=3Vfn ve Irez=3.Iç dir.) (O noktası O’ ye kaymış ve VA, VB gerilimleri √3 katı artmıştır.)

Not: Notasyonlarda, fazların toprağa göre gerilimleri VA, VB, VC; sistemin faz-faz gerilimi, √3 Vfn, arızasız halde bir fazın kapasitif akımı Ic ile gösterilmiştir.

104

Şekil – 15 rezidüel gerilim rölesinin (Vrez) bağlantısı İzole şebekelerde faz-toprak arızalarına karşı toprak rölesiyle koruma kullanılır olmamakla birlikte, geniş ve çok fiderli bir izole şebekede fiderlerin toprağa göre kapasiteleri birbirine yakın değerler de ise toprak koruma seçici çalışabilir. Arızalı fazın toprağa göre olan Co kapasitesi bütün fiderlerde kısa devre kabul edilerek Şekil – 16’ya göre fiderlerde akan rezidüel akımlar aşağıda hesaplanmıştır.

105

Şekil – 16

Şekil - 16’dan görüleceği gibi arızalı fiderdeki 1 nolu röle noktasından akan rezidüel akım, Irez1 = Ia1 + I b1 + Ia2 + Ib2 + Ia3 + Ib3 - (Ia1 +I b1) = Ia2 + Ib2 + Ia3 + Ib3 2 nolu röle akan rezidüel akım, Irez2 = Ia2 + Ib2 3 nolu röle noktasından akan rezidüel akım, Irez3 = Ia3 + Ib3 dür.

106

Yani arızalı fiderden diğer fiderlerin toplamı kadar rezidüel akım akmaktadır. Fiderlerin toprağa göre kapasiteleri eşit kabul edilirse 1 nolu fiderden 2 veya 3 nolu fider rezidüel akımının 2 katı akar. Fider sayısı 5 olan bir şebekede arızalı fiderin rezidüel akımı, diğer fiderlerinkinin 4 katı olur. Bu tip şebekelerde, her fiderin toprak rölesi, kendi ürettiği rezidüel kapasitif akımın üzerinde, diğer fiderlerin ürettiği toplam rezidüel kapasitif akımın altında ayarlanarak seçici koruma sağlanabilir. Önemli not: Direnç üzerinden ya da direkt topraklı şebekelerde de, fiderlerin a.a. toprak rölelerinin, fiderin kendi ürettiği rezidüel kapasitif akımdan yüksek bir değere ayarlanması gerektiği Şekil – 16’dan gözükmektedir. 4.3. Rezidüel Gerilim Rölesini Çalıştıran Koşullar a. fiderlerde olabilecek faz-toprak arızalarında, b. Barada olabilecek faz-toprak arızasında, c. Gerilim trafolarından birinin primer sigortasının atmış olması

durumunda, d. Ferro rezenans, oluştuğunda rezidüel gerilim rölesi çalışabilir. Ferro rezenans, güç trafosunun boşta devreye alınıp izole barayı beslemesi durumunda oluşur. Ferro rezonansı ortadan kaldırabilmek için güç trafosunun yüklenmesi veya gerilim trafosunun açık üçgen bağlı sekonder sargı uçlarına uygun değerli omik direnç bağlamakla mümkündür. Rezidüel gerilim rölesi çalıştığında; a. Zil çalar, b. Kumanda panosunda “Rezidüel Toprak” ışıklı sinyali alınır. Arızalı fiderin bulunması, fiderlerin teker teker açılıp kapatılması ile mümkündür.

107

5. RÖLELERİN AYARI Bir a.a. rölesi,kullanılacağı yere ve kullanma gerekçesine göre,belli akım ve zaman değerlerine ayarlanır. Aynı röle bir tüketici fiderinde kullanılırken başka, bir trafo giriş fiderinde kullanılırken başka değere ayarlanır. Röle imalatçıları, bu gereksinimi göz önünde bulundurarak, bir röleyi, çeşitli çalışma akımı ve zaman gecikme değerlerine ayarlanabilecek şekilde imal ederler. Çalışma akımı ayar imkanı , çeşitli prizlerden birine sokulabilen bir fişle veya kesintisiz hareket edebilen bir ibreyle ya da bir eksen etrafında dönebilen bir komütatörle sağlanmıştır. Fişli tertibat, sürekli ayar imkanı tanımaz. Sadece prizlerin hizasında yazılı değerlere ayar yapmak mümkündür. Ayar sahasını genişletmek için, iki kısımdan oluşan akım bobinini, seri veya paralel bağlamaya yarayan (ayar sahası böylece iki katına çıkar) priz ve vida tertibatına sahip röleler de vardır. Akımın ayar değerleri ya Amper veya röle nominal katları olarak verilir. Çalışma zamanı ayarı, ani rölelerde zaten söz konusu değildir. Sabit zamanlı rölelerde, ya akım elemanıyla aynı kutuda, ya da ayrı bir kutuda bulunan zaman rölesinin üzerindeki bir ibreyle, zaman gecikmesi ayarlanabilir. Zaman gecikmesi, eğer plakada zaman çarpanı verilmemişse, ibrenin hizasındaki değerdir. Ters zamanlı rölelerde, genellikle, üzerinde yüzde değerler bulunan bir eksen etrafında dönebilen zaman skalası ve ona bitişik sabit bir ibreden oluşan zaman tertibatı vardır. İbrenin hizasında bulunduğu yüzde değer, rölenin zaman ayarıdır. Ayar değerinin, çalışma akımının 1,5-2-3-5 vb. katlarında, hangi zaman gecikme değerlerine karşı düştüğü, rölenin plakası üzerinde ya da kataloğunda verilen eğrilerden anlaşılır. TEK’de kullanılan rölelerden örnekler: Çalışma akımı ayar değerleri; RSA tipi a.a. rölelerinde, 0,8-1-1,2-1,4-1,6-1,8-2 A tepleri olan bir çeşit, 2,5-3-4-5-6-8-10 A tepleri olan bir başka çeşit, ve başka tep değerlerine sahip çeşitler de vardır. TEK Akköprü Merkez Araştırma Laboratuarı imalatı, ters zamanlı a.a. rölelerinde, 2-3-4-5-6-7-8 A tepleri (TA tipinde) 0,6-0,8-1,2-1,4-1,6-1,8 A tepleri (TT tipinde) vardır. Çalışma zamanı ayar değerleri; ICM 21 tipi ters zamanlı a.a. rölesinde, Çalışma akımının 5 katında, % 100 eğrisi için 4,3 sn, % 50 eğrisi için 2,15 sn zaman gecikmesi olur. RSA 200 tipi ters zamanlı a.a. rölesinde,

108

Çalışma akımının 2 katında, 8 saniye eğrisi için 2,8 sn, 4 saniye eğrisi için 1 sn zaman gecikmesi olur. Önemli not: Bir a.a. rölesinin çalışma akımının ayarını röle enerjisiz iken değiştirmek gerekir. Eğer bu işi herhangi bir zorunluluk nedeni ile, rölenin akım beslemesi varken yapmak gerekirse, bu takdirde, akım trafosunun sekonder sargı uçlarının, açık kalmamasına dikkat edilmelidir. Bazı tip a.a. rölelerinde (örneğin, RSA), akım ayar prizindeki fiş, yeni bir prize takılmak üzere çıkarıldığında, otomatikman, en büyük ayar prizi üzerinden akım devresi kapanır. Bazı tiplerde (örneğin, IACE) rölenin alt kısmındaki tarak, dışarıya çıkarılınca, akım, röle dış terminallerinde, otomatikman kısa devre olur. Diğer bazı tiplerde (örneğin, Japon yapısı CO tipi) ise, önce röle ön yüzündeki bir prize takılı yedek fiş çıkarılıp yeni ayar prizine takılır sonra, eski ayar prizindeki fiş yedeğe alınır. Böylece akım devresi açık kalmadan, çalışma akımı ayar değişimi yapılmış olur. 5.1. Orta Gerilim Şebekesinde Faz a.a. Rölesi Ayar Kriterleri 35 kV veya daha düşük gerilim seviyesindeki tüketici tesislerini besleyen bir fidere ait faz a.a. rölesinin ayarında dikkat edilmesi gereken noktalar şunlardır: Röle üzerindeki ayarlanacak çalışma akımı; 1. Fiderden çekilecek maksimum yük akımından büyük olmalıdır. 2. Fiderde olabilecek en yüksek empedanslı arıza akımından ve ayrıca fider

üzerindeki faz iletkenleri, akım trafoları, kesici, ayırıcı vb. akım taşıyan teçhizatın sürekli taşıyabileceği maksimum akım değerinden küçük olmalıdır.

Ayrıca bu çalışma akımına karşı düşen geri dönüş (dekuplaj) akımı ise fider kesicisinin kapatılmasından veya tüketici tesisindeki bir arızanın temizlenmesinden hemen sonra fiderden çekilecek yol alma akımından büyük olmalıdır. Geri dönüş akımı için söz konusu edilen koşulun sağlanması, bilhassa ani a.a. rölesi kullanıldığında zorlaşır. Fiderlerin pek çoğunda yol alma akımları, kesicinin ilk kapatıldığı anda oldukça yüksektir ve bir iki saniye içerisinde yük akımları mertebesine düşer. Bu yüzden ani rölelerde çalışma akımını oldukça yüksek değere ayarlamak gerekir. Halbuki sabit zamanlı rölelerde hele ters zamanlı rölelerde, röleyi başlangıç yol alma akımının oldukça altında bir çalışma akımına ayarlamak mümkündür. Örnek: Maksimum yük akımı 400 A. en ufak arıza akımı 2000 A A.T.O. 750/5 A olan bir fiderde, sürekli taşıyabileceği akım bakımından en ufak değere sahip teçhizat A.T. olsun. Ayrıca fiderden, kesici kaplamaları esnasında çekilen yol alma akımının (demeraj akımının) başlangıç değerinin,

109

1500 A 1saniye sonundaki değerinin 750 A, 3 saniye sonundaki değerinin 500 A olduğu bilinsin. a. Eğer bu fiderde ani a.a. rölesi kullanılırsa çalışma akımının yol alma

akımının başlangıç değeri olan 1500 A’den yüksek bir değere ve en ufak arıza akımı olan 2000 A’den küçük bir değere, diyelim 1800 A değerinde ayarlanması gerekir. Bu ayar değeri ise sürekli taşıyabileceği maksimum akım, 750 x 1,2 = 900 A olan A.T.’nun korunmasını sağlamaz.

b. Bu fiderde ani a.a. rölesi yerine, sabit zamanlı ve geri dönüş (dekuplaj)

akımı, çalışma akımının % 80’i olan bir röle kullanılır ve zaman gecikmesi 1 saniye değerine ayarlanırsa, çalışma akımı 1050 A’e ayarlanabilir. Çünkü fiderlerin kapatılması esnasında eğer fiderde arıza yoksa, 1 saniye dolmadan röleden geçen akım 1050 x 0,8 = 840 A olan röle geri dönüş akımının altına düşecektir. Röle, açma zamanı henüz dolmadığı için geri dönecek ve gereksiz açma olmayacaktır. Çalışma akımının bu ayar değeri (a) şıkkındaki değere göre her ne kadar daha uygun ise de A.T.’nun korunmasını tam olarak sağlamaz.

c. Bu fiderde % 20 eğrisinde 3 x Iç akım değerinde, 1 saniyede; 1,5 x Iç akım

değerinde, 3 saniyede çalışan bir ters zamanlı röle kullanılırsa ve bu röle % 20 zaman eğrisine ayarlanırsa; çalışma akımı 750 A değerine ayarlanabilir. Kesici kapatmalarında röle 1500 A değerinde akımla yol alır ancak 1 saniye sonunda röleden geçen akım 750 A.e, yani 3xIç=3x750=2250 A’in çok altına düşeceğinden röle açma yaptırmaz. 3 saniye sonunda ise röleden geçen akım 550 A’ya yani hem,

1,5 x Iç = 1,5 x 750 = 1125 A’nın

altına ve hem de (rölenin geri dönüş akımının çalışma akımının % 80’ine eşit olduğu kabul edilirse 0,8 x Iç = 0,8 x 750 = 600 A olan) geri dönüş akımının altına düşer ve röle, açma yaptırmadan geri döner. Ayrıca bu ayar değeri ile A.T. için de emniyetli bir koruma sağlanmış olur. Yukarıdaki örnekte görüleceği gibi ters zamanlı röleler, basit bir tüketici fiderinde bile önemli kullanım avantajlarına sahiptir. 5.2. Orta Gerilim Şebekesinde Toprak-Rölesi Ayar Kriterleri 35 kV veya daha düşük gerilim seviyesindeki tüketici tesislerini besleyen bir fidere ait toprak a.a. rölesinin ayarında dikkat edilmesi gereken noktalar şunlardır. 1. Fiderde olabilecek en yüksek empedanslı arıza akımından küçük

olmalıdır. 2. Fider kesicisinin kapatılmasından hemen sonra, bilhassa tüketici

trafolarının mıknatıslanma akımları içindeki 3 ve 3’ün katı harmonikler nedeniyle fiderden çekilecek nötr akımlarının üzerinde kalmalı ya da bu

110

akımların etkisiyle röle, yol alsa bile, çalışma zamanı içinde geri dönüş sağlanmalıdır.

3. Aynı besleme trafosundan beslenen başka bir fiderde olacak bir faz-

toprak arızasında, bağlı oluğu fiderden akacak rezidüel kapasitif akım değerinden büyük olmalıdır. Bir hattın kapasitif akımı, onun gerilimine, direk tipine, toprak iletkeni olup olmamasına, tek yada çift devre oluşuna vb. bağlıdır. Kablo şebekelerinde ise havai hat şebekelerine oranla oldukça yüksektir. Pratik bir değer olarak, 35 kV’luk havai hat şebekesinde 100 km başına toplam kapasitif akım, 5-10 a aynı gerilimli kablo şebekesinde ise km başına 1-2 A alınabilir. Örneğin, toplam uzunluğu 200 km olan 35 kV’luk bir havai hat şebekesini besleyen fiderin a.a. toprak rölesi, primer değer olarak en az 20 a çalışma akımına ayarlanmalıdır.

Not: eğer tüketici trafoların primer sargılar yıldız ve topraklıysa, bu takdirde aynı şebekenin fiderlerinden birinde olacak faz-toprak arızasında, diğer fiderden, sadece rezidüel kapasitif akım değil, ayrıca bunların beslediği trafoların nötrlerinden dolaşan arıza bileşeni de akar. Röle çalışma akımını ayarlarken bu da göz önünde bulundurulmalıdır. Eğer seçici çalışma yönsüz a.a. toprak rölesiyle sağlanamıyorsa, yönlü koruma kullanılmalıdır.

5.3. Trafo Fiderlerinde Faz ve Toprak a.a. Koruma Bir güç trafosunun giriş veya çıkışına aşırı yük rölesi konulmamışsa bu takdirde giriş yada çıkışa konulan faz a.a. röleleri, kısa devrelere karşı korumayı sağlamanın dışında ayrıca aşırı yüklenmeyi de önleyecek şekilde ayarlanmalıdırlar. Güç trafolarının pek çoğu, tabii soğutmada ve cebri soğutmada ayrı ayrı nominal güce sahiptir. Genellikle cebri soğutmadaki güç, tabii soğutmaya göre % 25 fazladır. Eğer a.a. röle ayarı yapılacak trafonun, yüklenme karakteristiği biliniyorsa, röle çalışma akımı trafonun imal edildiği standart da göz önünde bulundurularak trafonun ömrünü kısaltmayacak bir aşırı yüklemeye imkan tanıyacak şekilde ayarlanır. Pratikte en çok kullanılan değer, cebri soğutmadaki nominal güce karşı düşen akımın % 10-20 fazlasıdır. Eğer trafonun yükü, gün boyunca pek değişmiyorsa veya yük puantı saatlerce sürüyorsa, o zaman röle çalışma akımı, cebri soğutmalı haldeki nominal akıma eşit alınmalıdır. Güç trafosunun giriş yada çıkış fiderindeki veya yıldız noktasındaki toprak rölesinin çalışma akımı ayarı, trafo sargılarının tipine göre saptanır. Tersiyer sargıya sahip yada primer sargısı üçgen olan trafoların sekonder sargılarından dengesiz yük çekilmesine bir dereceye kadar izin verilebilir. Aksi takdirde buna da müsaade edilmemelidir. Pratik değerler olarak, primeri üçgen bağlı yada tersiyer sargıya sahip trafoların sekonderlerindeki toprak rölesi, trafo nominal akımının % 20-30 civarında bir değere, aksi

111

takdirde % 10’una ayarlanabilir. Primer sargı için röle çalışma akımı her halükarda % 10’u aşmayacak şekilde ayarlanır. Trafolarda olacak kısa devrelere karşı koruma açısından ise röle çalışma zamanları önem kazanır. Her trafonun imal edildiği standart ve dolayısıyla % Uk’sına bağlı bir kısa devreye dayanma süresi vardır. Bu değer, genellikle trafo plakasında verilir. Faz ve toprak aşırı akım rölesi zaman ayarı, trafonun sekonder sargı çıkışında olacak bir kısa devrede akacak akımda, kısa devreye dayanma süresinin yarısı kadar sürede çalışacak şekilde yapılmalıdır. Not: 154 kV veya 380 kV sargıya sahip trafoların bu sargılarına seçici korumayı sağlamak için yönlü toprak koruma konulması gerektiği unutulmamalıdır.

112

6. AŞIRI AKIM RÖLE KOORDİNASYONU Seçicilik: Seçicilik kavramı Şekil – 17’de görülen şebeke bölümü üzerinde daha rahat açıklanabilir. Bu şebekede D tipi tüketicisini besleyen fiderde bir arıza (A1 arızası) olduğunda 1 nolu rölenin 2 ve 3 nolu rölelerden önce çalışıp kesicisini açtırması gerekir. Çünkü ancak bu takdirde arızadan en az sayıda tüketici etkilenecektir. 1 kesicisi açarsa sadece D tüketicisi enerjisiz kalacak A, B, C tüketicileri beslemeye devam edece ve bu arada da arıza temizlenmiş olacaktır. Eğer 1 rölesinden önce veya onunla aynı anda 2 yada 3 rölesi çalışıp kesicisini açtırırsa gene arıza temizlenecek fakat gereksiz yere arızalı bölümde olmayan C ve hatta B tüketicileri de enerjisiz kalacaktır. A1 arızasında 2 nolu rölenin çalışıp kesicisini açtırması, sadece artçı koruma olarak, yani 1 nolu röle veya kesicisi tutukluluk yaptığı takdirde istenir. Bu ise şöyle sağlanır; 2 rölesi, 1’den uzun bir zaman sonunda kesicisini açtıracak şekilde ayarlanır. A1 arızası olunca, hem 1 hem 2 harekete geçer ve önce 1’in zamanı dolar, ancak herhangi bir nedenle 1 kesicisi açmazsa, arıza temizlenmediğinden 2 çalışmaya devam eder ve zamanı dolunca da kesicisini açtırır. A1 arızasında 3 rölesinin yol almasına bile gerek yoktur. Ancak yol alıyorsa çalışma zamanı, 2’ninkinden yüksek olmalıdır. A2 arızası için ise seçici çalışma, önce 2 nolu rölenin, o çalışmazsa 3 nolu rölenin arızayı temizleyecek şekilde ayarlanmasıyla sağlanır.

Şekil – 17

Kaynaktan itibaren en uçtaki tüketiciye doğru, peş peşe dizilen fiderlerden oluşan böyle bir şebekede, aynı arızayı gören rölelerden, kaynaktan daha uzakta olanın, daha önce; daha yakın olanın daha sonra çalışmasına “seçici çalışma”; bu şekilde çalışmayı sağlayan ayar işlemine “röle koordinasyonu” denir. Artarda bulunan iki a.a. rölesinin seçici çalışmasını sağlayacak ayar değerleri için şunlar söylenebilir: 1. Kaynağa daha yakın röle, kendi koruduğu fiderde ve ayrıca komşu fiderde

olacak en küçük akımlı arızada dahi çalışmalıdır. (artçı korumayı temin için)

113

2. Aynı arıza akımında, kaynağa yakın röle, diğerinden en az t zamanı kadar sonra kesicisini açtırmalıdır. Bu t zamanı, her iki rölenin çalışma zamanı hatalarından, uzak röleye ait kesicinin çalışma zamanından, yakın rölenin eylemsizliğinden doğan zaman hatasından ve bir emniyet zamanından oluşur. t zamanını oluşturan bu beş bileşenin her biri ortalama 0,1 saniye kabul edilir. O halde pratikte t zamanı 0,5 saniye olarak alınabilir.

6.1. Ani Elemanlarla Koordinasyon Kaynaktan itibaren artarda çok sayıda fidere sahip bir şebeke a.a. röle koordinasyonunu sadece zaman değerlerine uygun seçerek sağlamaya çalışmak doğru değildir. Çünkü bu takdirde kaynağa en yakın a.a. rölesinin zaman gecikmesi çok yüksek olacaktır ve belki de teçhizatın hasarlanması önlenemeyecektir. Bu yüzden rölelerin çalışma akımlarının ayar değerlerini de uygun seçerek kaynağa yaklaşıldıkça zaman değerlerinin çok yükselmesi bir dereceye kadar önlenebilir. Rölelerin ani elemanlarının koordinasyonu da yapılabilirse o takdirde zaman değerleri daha da küçültülebilir. Bu söylenenler bir örnek üzerinde daha kolay açıklanabilir (Şekil – 18). Şekilde verilen baralardaki kısa devre akımları (D barası gerilimi baz alınarak)

Şekil – 18

A barasında 10500 A B barasında 7000 A C barasında 4000 A D barasında 2000 A Kabul edilsin. 1, 2, 3 ve 4 nolu rölelerin sabit zaman gecikmeli olduğu kabul edilerek akım ve ani eleman koordinasyonundan yararlanılmazsa, 1 nolu röleyi 1; 2 nolu röleyi 1,5; 3 nolu röleyi 2 ve 4 nolu röleyi 2,5 sn’ye ayarlamak gerekir. 4 nolu röle için bulunan 2,5 sn değeri (II nolu trafonun kısa devreye dayanma süresi örneğin 3 sn ise), emniyetsiz bir değer olabilir. Halbuki akım ve ani eleman koordinasyonu ile daha iyi sonuç alınabilir.

114

Çalışma akımı ayar değeri olarak 1 nolu rölede zamanlı eleman için 500 A, ani eleman için 1000 A uygun olsun. 2 nolu rölenin zamanlı elemanı 1500 A’ya, ani elemanı2500 A’ya ayarlanabilir. 3 nolu rölenin zamanlı elemanı 3000 A’ya ani elemanı 5000 A’ya ve 4 nolu rölenin zamanlı elemanı 5500 A’ya ani elemanı 8500 a’ya ayarlanabilir. Bu durumda, bütün rölelerin zamanlı elemanları 1 saniyelik sabit zaman gecikmesine ayarlanabilir ve röle koordinasyonu Şekil – 19’da görüleceği gibi bir akım zaman eksenine çizilebilir.

Şekil – 19

Şekilden de görüleceği üzere her akım değeri için o akım değerinde çalışması mümkün olan iki rölenin çalışma zamanları arasında 1 saniyelik fark kalmaktadır. Kaynağa en yakın rölenin çalışma zamanı 2,5 saniyeden 1 saniyeye inmektedir. Ayrıca her bölümde olabilecek arızaların % 50’den fazlası ani olarak temizlenmektedir. Örneğin TrI’de olabilecek arızaların,

4000-2500 1500 -------------- = ----------- = % 75’i 4000-2000 2000

ani olarak temizlenecektir. (Bu oran, trafo empedansının C barasından itibaren % 75’lik bölümden olacak arızalarda 2 nolu rölenin ani çalışacağını gösterir.) Not: Röle koordinasyon eğrilerini çizerken tüm rölelerden geçecek akımları aynı gerilim bazında ifade etmek zorunludur. Aksi takdirde her gerilim seviyesi için ayrı akım ekseni çizmek gerekir. Akımların aynı gerilim bazına indirgenmesi,

Vg Ii = Ig x ------- Vi

bağıntısı kullanılarak yapılır. Burada g indisleri, gerçek değerleri; i indisleri ise indirgenecek gerilimi ve akımın indirgenmiş değerini gösterir. Örneğin, 154 kV’de 375 A, 35 kV’de

154 Ii = 375 x ---------- = 1650 A olarak indirgenir. 35

115

6.2. Ters Zamanlı a.a. Rölesi Koordinasyonuna Örnek Şekil – 18’de verilen şebeke bölümüne ait baralardaki kısa devre akımlarının (D barasının gerilim bazında);

A barasında 9100 A B barasında 6300 A C barasında 4200 A D barasında 2800 A

Olduğu kabul edilirse ters zamanlı röle kullanılması uygun olur. Çünkü baraların kısa devre akımları arasında ani elemanlarla koordinasyona imkan verecek kadar büyük fark yoktur. Buna karşılık ters zamanlı röle kullanmayı yararlı hale getirecek kadar da olsa bir fark vardır. Not: Bir bara için ters zamanlı röle kullanılıp kullanılmayacağı ZS/ZL oranına bakılarak saptanır. Bu oran 2’ye eşit veya 2’den küçükse ters zamanlı röle kullanılmak uygundur. Aksi takdirde ters zamanlı röle kullanmakla pek bir avantaj sağlanamaz. İncelenilen örnekte de, B barası için kaynak empedansı: (oranlarla çalışılacağı için gerilim herhangi bir değer, örneğin, 6300 V kabul edilebilir),

V 6300 ZS = -------- = ---------- = 1 Ω I 6300

hat empedansı, V 6300

ZS + ZL = ------- = ---------- = 1,5 Ω I 4200 A B C D

ZS ZL = 0,5 Ω --------- = 2 ZL ZL=0.31 ZL=0.5 ZL=0.75

C barası için kaynak empedansı

6300 ZS = ----------- = 1,5 Ω 4200 9100 A 6300 A 4200 A 2800 A ZS=0.69Ω ZS=1Ω ZS=1.5Ω ZS=2.25Ω 6300 ZS + ZL = ----------- = 2,25 Ω, ZL = 0,75 Ω 2800 ZS -------- = 2 ZL

116

O halde ters zamanlı a.a. rölesi kullanmak uygundur. Kullanılacak ters zamanlı a.a. rölesinin akım-zaman karakteristiği % 100 eğrisi için;

Çalışma Akımı Katı 1.5 x Iç 2 x Iç 3 x Iç 4 x Iç 5 x Iç

Saniye

10

7 4 2 1,5

Şeklinde olsun ve seçilen % değerle orantılı olarak zaman değerleri azalsın. Röleler için seçilen çalışma akımı değerleri (primer değer olarak);

1 nolu röle için 400 A 2 nolu röle için 600 A 3 nolu röle için 900 A 4 nolu röle için 1300 A

olsun. 1 nolu röle için % 20 eğrisi seçilsin. Buna uyan zaman değerleri;

1,5 . Iç = 600 A 2,0 saniye 2 . Iç = 800 A 1,4 saniye 3 . Iç = 1200 A 1,8 saniye 4 . Iç = 1600 A 0,4 saniye

5 . Iç = 2000 A 0,3 saniye Bu değerler Şekil – 20’deki akım-zaman eksenine işaretlenebilir. 2 nolu röle için % 30 eğrisi seçilsin. Zaman değerleri;

900 A 3,0 saniye 1200 A 2,1 saniye 1800 A 1,2 saniye 2400 A 0,6 saniye 3000 A 0,45 saniye

Bu değerler de aynı koordinat sistemine taşınır. İki eğri arasında, bütün akım değerleri için 0,5 saniyeden fazla fark kaldığı görülür. Yani zaman ayarı için seçilen % 30 tepi uygundur. Eğer 2 nolu röle için de % 20 eğrisi seçilseydi, 1500 A ile 2000 A arasındaki akım değerleri için iki eğri arasındaki fark 0,5 saniyenin altına düşecekti, yani koordinasyon temin edilemeyecekti. 3 nolu röle için % 30 eğrisi uygundur.

1350 A 3 saniye 1800 A 2,1 saniye 2700 A 1,2 saniye 3600 A 0,5 saniye 4500 A 0,45 saniye

117

Şekil – 20

4 nolu röle için de % 30 eğrisi uygundur.

1950 A 3 saniye 2600 A 2,1 saniye 3900 A 1,2 saniye 5200 A 0,6 saniye 6500 A 0,45 saniye

118

7. BİRİM DEĞERLERLE (PER UNIT) ARIZA AKIMININ HESABI

Büyüklüğün gerçek değeri Bir büyüklüğün birim (Per unit) değeri = ----------------------------------- . Temel değer (Baz değer) Buna göre sonuç birimsiz bir büyüklüktür. Per unit değerler ya direkt veya % değerler olarak belirli bir baza göre primer teçhizat etiketinde verilir veya hesapla bulunabilir. Birim (p.u.) değerlerle yapılan işlemin sonucunda bulunan değerde yine birimsizdir. Gerçek bir büyüklüğün birim değeri küçük harflerle gösterilir. (Gerçek değer = Birim değer (p.u.) x Baz değer) formülü yardımıyla gerçek sonuç bulunabilir. 7.1. Baz Seçimi Elektriksel işlemlerde dört ana büyüklük söz konusudur. Bunlar: 1. Güç, 2. Gerilim, 3. Akım, 4. Empedans’tır. Bu dört ana büyüklükten sadece ikisinin baz değeri

bilinirse (veya seçilirse) diğer iki büyüklüğün baz değeri de belirlenmiş olur. Hesaplarda genellikle NB (güç bazı) ve UB (gerilim bazı) seçilir. TEK sisteminde güç bazı olarak 100 MVA seçilir. Gerilim bazı ise hesap kolaylığı açısından sistem gerilimine eşit seçilir. Örneğin 34,5 kV O.G. şebekesinde gerilim bazıda yine 34,5 kV seçilirse bu durumda birim değer;

UN 34500

v = --------- = ------------ = 1 p.u. olarak bulunur. “v” değerinin 1 p.u. olması UB 34500 Hesaplarda büyük kolaylık sağlar. UN – nominal işletme gerilimi, UB – seçilen baz gerilim. Faz-nötr geriliminin baz değeri ise faz-faz geriliminin baz değeri yardımıyla hesaplanır. UB VB = -------- √3

119

7.2. Akım ve Empedans Bazının Bulunması NB = √3 . UB . IB formülünde güç ve gerilim bazı önceden seçildiğine göre akım bazı (IB); NB IB = ----------- olarak bulunur. √3 . UB Empedans bazı; VB VB √3 . UB UB2 ZB = ------ = ------- x -------------- = -------- olarak formüle edilir. IB IB √3 . UB NB Güç trafolarının etiketinde trafonun yüzde gerilim düşümü (% Uk) üretici firmalar tarafından belirtilir. Belirtilen bu değer güç trafosunun nominal gerilimi ve nominal gücü baz seçilerek bulunan değerdir. Örneğin, etiketinde 34,5 / 6,3 kV, 10 MVA, % Uk = 10 yazan bir trafonun % Uk değeri trafonun nominal işletme gerilimi ve nominal gücüne göre verilmiştir. Halbuki TEK sisteminde güç bazı olarak 100 MVA ve gerilim bazı olarak da işletme geriliminin baz değer olarak alındığını daha önce belirtilmiştir. Bu durumda yapacağımız hesaplarda trafoların % Uk değerlerinin TEK sisteminde kabul edilen baz değerlerle ifade edilmesi gerekir. Yukarıda güç trafosu için verilen örnek sistemi oluşturan tüm elemanlar için genelleştirilebilir. (motor, generatör vb.) Eğer sistem elemanının nominal gücü 100 MVA’dan farklı ise 100 MVA baz gücüne göre empedans değerini aşağıdaki şekilde hesaplayabiliriz. Z - Sistem elemanının gerçek değeri (Ω) NN - Sistem elemanının nominal gücü (MW) UN - Sistem elemanının nominal gerilimi (kV) ZN - Nominal güç ve gerilime göre hesaplanan birim empedans değeri (p.u.) NB - Hesaplarda seçilen baz güç (MVA) UB - Hesaplarda seçilen baz gerilimi (kV) Zb - Baz güç ve baz gerilime göre hesaplanan birim değer (p.u.) ZB - Seçilen NB ve UB den üretilen empedans (Ω) IB - Seçilen NB ve UB den üretilen akım (A)

120

NN NB ZN = Z x ---------- ; Zb = Z x --------- UN2 UB2 Bu iki birim değeri birbirine oranlarsak; Zb NB UN2 -------- = ------- = --------- ZN NN UB2 NB UN

Zb = ZN x ---------- x ( ---------- )2 olarak bulunur. NN UB

TEK sisteminde gerilim bazı olarak işletme gerilimi alındığından UN = UB olur ki bu durumda; NB Zb = ZN x --------- yazılabilir. NN

Trafolarda Ztr = % Uk/100 olarak yüzde gerilim düşümü yardımıyla birim empedans değeri kolaylıkla bulunabilir. Bulunan bu Ztr değeri yukarıda genelleştirdiğimiz ZN değeridir. Örneğin: Etiket değerleri aşağıda verilen bir güç trafosunun seçilen baz değerlere göre hesabı aşağıdaki şekilde yapılır. Etiket Değerleri Seçilen Baz Değerleri NM = 25 MVA NB = 100 MVA UN = 154/34,5 kV UB = 154 kV %Uk = 10 % Uk 10 ZN = ----------- = -------- = 0,1 p.u. = Ztr Z = Gerçek değer (Ω) 100 100 Zb = Birim değer (pü) ZB = Baz değer olduğuna göre NB Z = ZB . Zb dir. Zb = ZN x ------- NN 100 Zb = 0,1 x -------- 25 Zb = 0,4 p.u. bulunur. (trafonun 100 MVA bazdaki empedansı)

121

Aşağıda 100 MVA güç bazında ve nominal işletme gerilimi bazlarında akım ve empedans bazları toplu olarak gösterilmiştir.

(NB) (UB) (IB) (ZB)

Güç Bazı (MVA) Gerilim Bazı (kV) Akım Bazı (A) Empedans Bazı (ohm) 100 380 152 1444,00 100 154 375 237,16 100 66 875 43,56 100 35 1650 12,25 100 15,8 3654 2,50 100 6,3 9164 0,40

8. ÇANKAYA T.M. AŞIRI AKIM ve TOPRAK RÖLE KOORDİNASYONU Baz değerlerinin seçimi; - Güç Bazı: NB = 100 MVA (TEK sisteminde güç bazı olarak 100 MVA kabul edilmiştir.) - Gerilim bazı: UB = 34,5 kV (Hesap kolaylığı açısından 34,5 kV gerilim bazı olarak kabul edilmiştir.) - Akım Bazı:

NB IB(34,5 kV) = ---------- √3.UB

100 (MVA)

IB(34,5 kV) = -------------------- = 1675 A √3.34,5 (kV) - Empedans Bazı:

UB2

ZB(34,5 kV) = ---------- ZB

34,52

ZB(34,5 kV) = ---------- = 11,9 Ω 100

122

8.1. Sistem Elemanlarının p.u. Cinsinden Empedanslarının Bulunması

Şekil – 21

123

154/34,5 kv 100 MVA (YNyn 0-d) TRAFO-B (ÇANKAYA T.M.’ de) % Uk = 11,6 100 MVA (NB) 100 Xtr = % Uk x -------------------- = 0,116 x ----------- = 0,116 p.u. 100 MVA (NN) 100 X1tr1 = 11,6/100 = 0,116 p.u. doğru bileşen, X2tr1 = X1tr1 = 0,116 p.u. ters bileşen, X0tr1-0.05X1tr1 = 0,85 x 0,116 = 0,0986 p.u. sıfır bileşen. (YNyn0) bağlantı grubuna haiz trafolarda doğru bileşen değerine eşittir. Eğer tersiyer sargı varsa o takdirde doğru bileşenin 0,85 ile çarpımına eşittir. (Bak. sh. 166a’da g sırası) 10 MVA 34,5 kV (Dyn) TRAFO-2 (YILDIZ TALİ MERKEZİNDE) % Uk = 7,6 7,6 100 X1tr2 = --------- x ---------- = 0,76 p.u. doğru bileşen,

100 10 X2tr2 = X1tr2 = 0,76 p.u. ters bileşen, X0tr2 = X1tr2 = 0,76 sıfır bileşen olarak bulunur. Dyn bağlantı grubuna haiz güç trafolarında sıfır bileşen empedansı doğru bileşen empedansına eşit alınmıştır. (geniş bilgi için kitabın “sistemlerin analizi” bölümü, sh. 166a, bakınız). 34,5 kV HAT EMPEDANSI Xh =0,3446 Ω/km (477 MCM 35 kV, Tablo – 1’den sh – 124) Rh = << Xh olduğundan Rh ihmal edildi. 1 = 1,7 km. Xh = 1,7 x 0,3446 = 0,5858 Ω Xh 0,5858 Xh = ------- = ------------ = 0,049 p.u. XB 11,9 X1h = 0,049 p.u. doğru bileşen, X2h = 0,049 p.u. ters bileşen, X0h = 0,049 p.u. sıfır bileşen.

124

Hatlarda doğru, ters ve sıfır bileşen değerleri birbirine eşittir.

GERİLİM KESİT R (OHM/KM) X (OHM/KM) Y (MHO/KM)

66 kV 477,0 MCM 0,134915 0,373180 66 kV 336,4 MCM 0,191130 0,383430 66 kV 300,0 MCM 0,213616 0,388170 66 kV 266,8 MCM 0,240474 0,393170 66 kV 4/0 AWG 0,352170 0,43 66 kV 3/0 AWG 0,435350 0,4741 35 kV 795,0 MCM 0,080444 0,3296 35 kV 477,0 MCM 0,134915 0,3446 35 kV 266,8 MCM 0,240474 0,3645 35 kV 3/0 AWG 0,43530 0,4458 35 kV 1/0 AWG 0,67476 0,4646 15 kV 3/0 AWG 0,43530 0,4361 15 kV 16 mm2 CU 1,27506 0,4367 35 kV 50 mm2 CU 0,34 0,28 35 kV 185 mm2 KABLO 0,118676 0,078596 116,66 35 kV 150 mm2 KABLO 0,359917 0,159947 228,84 35 kV 95 mm2 KABLO 0,062550 0,115025 242,44 35 kV 50 mm2 KABLO 0,367393 0,163683 228,84 35 kV 500 mm2 KABLO 0,074000 0,003000 218,15 15 kV 1/0 AWG 0,67456 0,4548

Yukarıdaki değerler SAK Müdürlüğünün karakteristik kitabından alınmıştır. 1 CM = 5,067 x 10-6 cm2

1 MCM = 103 x CM

1 mil = 1,609 km.

Tablo – 1 66 kV, 35 kv, 15 kV hatlarda kullanılan kablo karakteristikleri SİSTEM EMPEDANSI X1S = 0,0496 p.u. doğru bileşen (SAK max. Şartlarda 3 faz k.d.

etüdü-SE-86/1) X2S = 0,0466 p.u. ters bileşen (SAK max. Şartlarda faz-toprak k.d.

etüdü-SE-87/1) X0S = 0,0609 p.u. sıfır bileşen (SAK max. Şartlarda faz-toprak k.d.

etüdü-SE-87/1) Sistem empedansının p.u. cinsinden değerleri SAK Müdürlüğünün ilgili etüt yayınından 154 kV bara için bulunur. Burada bizi ilgilendiren154 kV ÇANKAYA T.M. barası olduğundan bu barayla ilgili bileşen değerleri yukarıda referansları verilen etütlerden bulunmuş ve buraya aktarılmıştır.

125

NÖTR DİRENCİ R0 = 20 Ω R0 20 r0 = ------ = ---------- = 1,68 p.u. sıfır bileşen XB 11,9 154 kV ÇANKAYA T.M.’de bulunan 154/34,5 kV YNyno bağlı güç trafosunun yıldız nötründe faz-toprak arza akımlarını sınırlamak amacıyla 20 Ω değerinde NÖTR DİRENCİ vardır. Sistemde olabilecek bir faz-toprak arızasında arıza akımı devresini NÖTR DİRENCİ üzerinden tamamlayacağından bu büyüklük faz-toprak k.d. akımı hesabında göz önüne alınır. Ancak faz-toprak arızasında nötr yolundan k.d. akımının 1/3 katı bir akım akacağından hesaplarda nötr direncinin 3 katı alınır.

126

8.2. Faz Aşırı Akım Röle Koordinasyonu

Şekil – 22

127

ÇANKAYA T.M. 34,5 kV Barada oluşabilecek üç fazlı bir kısa devre arızasında akacak olan k.d. akımı; 1 İ1kd = --------------------------- = 6,03 p.u. 0,049610,116 I1kd = İ1kd x IB = 6,038.1675 = 10.114 A. I1kd = 10,114 A Yıldız tali merkezi 34,5 kV barada oluşabilecek üç fazlı bir kısa devre arızasında akacak olan k.d. akımı; 1 İ2k.d. = ------------------------------- = 4,67 p.u. 0,0496+0, 116+0, 049 I2k.d. = İ2k.d. x IB = 4,67 x 1675 = 7827 A. I2k.d. = 7827 A.

128

Yıldız Tali Merkezi 6,3 kV barada oluşabilecek üç fazlı bir kısa devre arızasında akacak olan k.d. akımı; 1 1 İ3k.d. = ------------------------------------- = ------------ = 1,026 p.u. 0,0496+0, 116+0, 049+0, 76 0,9746 I3k.d. = İ3k.d. x IB = 1,02 x 1675 = 1718 A. (34,5 kV Bazda) I3k.d. = 1718 A. (34,5 kV Bazda) Şekil – 22’deki röle yerleri ve röle tipleri ile trafo standartlarında belirtilen kısa devreye dayanma süresi dikkate alınarak rölelerin ayar tepleri şu şekilde seçilmiştir. Kademe 1. Çankaya TM – Tr.B Giriş ATO = 400/5 Iç = 5 A. Tç = 10 eğrisi-CO-C3H 2. Çankaya TM – Tr.B Çıkış ATO = 2000/5 Iç = 5 A. Tç = 8 eğrisi-CO-C3H 3. Çankaya TM – 34,5 kV fid.2-3 ATO=600/5 Iç = 5 A. Tç = 8 eğrisi-CO-C3H 4. Yıldız Talimer – 34,5 kV Bar Gir. ATO=600/5 Iç=5 A. Tç=11 eğr.-RSA-200 5. Yıldız Talimer – Tr.2 Giriş ATO = 200/5 Iç = 5 A. Tç = 11 eğr.-RSA-200 6. Yıldız Talimer – Tr.2 Çıkış (6.3 kV) ATO=1200/5 Iç=5 A Tç=1sn BBC 7. Yıldız Talimer – 6.3 kV Yıldız mah. fid. ATO=600/5 Iç=5 A Tç=0.5 sn BBC Zamanları yazarken Tç = 8 eğrisi demek röle ters zaman karakteristikli, tç = 1 sn demekse röle sabit zamanlı anlamındadır. Bu koordinasyonda CO-C3H ve RSA-200 röleleri ters zamanlıdır. CO ve RSA tipi rölelere ait eğriler (Sh. 128a-b-c-d)’de verilmiştir. Bu değerlere göre seçilen röle teplerindeki zamanlar Sh. 129’daki tabloda görülmektedir. Bu değerlerdeki çalışma akımları 34,5 kV gerilim bazında tespit edilmiştir. Aynı baza getirme formülü Sh. 129’da verilmiştir. Sonuç olarak hazırlanan AŞIRI RÖLE KOORDİNASYONU eğrileri ise Sh. 130’da görülmektedir.

129

130

131

132

CO – C3H

Arıza Akımının Katları

ZAMAN AYARI (SANİYE) 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

1,5 7,5 6,75 6 5,25 4,5 3,75 3 2,25 1,5 1

2 5,5 4,95 4,4 3,85 3,3 2,75 2,2 1,65 1,1 0,55

3 3,6 3,25 2,87 2,51 2,16 1,8 1,44 1,08 0,72 0,36

4 3 2,7 2,4 2,1 1,8 1,5 1,2 0,9 0,6 0,3

5 2,6 2,34 2,08 1,82 1,56 1,3 1,04 0,78 0,54 0,26

6 2,5 2,25 2 1,75 1,5 1,25 1 0,75 0,5 0,25

7 2,4 2,16 1,92 1,68 1,44 1,20 0,96 0,72 0,48 0,24

8 2,3 2,07 1,84 1,61 1,38 1,15 0,92 0,69 0,46 0,23

9 2,2 1,98 1,76 1,54 1,32 1,1 0,88 0,66 0,44 0,22

10 2,1 1,89 1,68 1,47 1,26 1,05 0,84 0,63 0,42 0,21

CO – L 23 H

Arıza Akımının Katları

ZAMAN AYARI (SANİYE) 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

2 14 12,6 11,2 9,8 8,4 7 5,6 4,2 2,8 1,4

3 7 6,3 5,6 4,9 4,2 3,5 2,8 2,1 1,4 0,7

4 4,5 4,05 3,6 3,15 2,7 2,25 1,8 1,35 0,9 0,45

5 3 2,7 2,4 2,1 1,8 1,5 1,2 0,9 0,6 0,3

6 2,4 2,16 1,92 1,68 1,44 1,20 0,95 0,72 0,48 0,24

7 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2

8 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2

9 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2

10 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2

133

RSA – 2 – 20 – 200

Arıza Akımının Katları

ZAMAN AYARI (SANİYE) 20 17 14 11 8 6 4

15 8,5 7,53 6,19 5,12 3,8 2,72 1,67

2 5,4 5,5 4,5 3,68 2,72 1,8 1,02

3 4,60 3,30 3,28 2,50 1,87 1,20 0,62

4 3,85 3,22 2,52 2,12 1,58 1 0,50

6 3,4 2,8 2,3 1,8 1,3 0,9 0,5

8 3,1 2,7 2,2 1,7 1,2 0,8 0,4

10 3,0 2,5 2,0 1,6 1,2 0,7 0,3

134

135

136

8.3. Toprak Röle Koordinasyonu

137

• ÇANKAYA T.M. 34,5 kV barada oluşabilecek bir faz-toprak arızasında akacak olan arıza akımı;

1 İ0 = ------------------------------------------------------- X1S + X1tr1 + X2S + X2tr1 + X0S + Xotr1 + 3Ro 1 İ0 = ------------------------------------------------------------------- 0,049+0,116+0,0466+0,116+0,0609+0,0986+3x1,68 1 İ0 = ------------ = 0,1809 p.u. 5,5271 I1k.d. = 3 x İ0 x IB I1k.d. = 3 x 0,18 x 1675 = 906,3 A. I1k.d. = 906,3 A • Yıldız Tali Merkezi 34,5 kV barada oluşabilecek bir faz-toprak arızasında

akacak olan arıza akımı;

138

1 İ0 = ---------------------------------------------------------------------------------------- 0,049+0,116+0,049+0,466+0,116+0,049+0,0609+0,0986+0,049+3x1,68 1 İ0 = ---------- = 0,176 p.u. 5,67 I2k.d. = İ0 x 3 x IB I2k.d. = 0,176 x 3 x 1675 = 884 A. I2k.d. = 884 A. • Yıldız Tali Merkezi 6,3 kV barada olabilecek bir faz-toprak arızasında

akacak olan arıza akımı;

139

1 İ0 = ---------------------------------------------------- X+X1tr1+X1h+X1tr2+X2+X2tr1+X2h+X2tr2+X0tr2 1 İ0 = ------------------------------------------------------------------------- 0,049+0,116+0,049+0,76+0,0466+0,116+0,049+0,76+0,76 1 İ0 = ------------ = 0,37 p.u. 2,7 I3k.d. = İ0 x 3 x IB = 0,37 x 3 x 1675 = 1859 A. (34,5 kV Bazda) I3k.d. = 1859 A. (34,5 kV Bazda) Not: Yıldız Tali Merkezindeki TRAFO-2’nin primer sargısı üçgen bağlı olduğundan 6,3 kV tarafta olabilecek bir faz-toprak arızasında arıza akımı primere intikal etmeyeceğinden tek hat şemasında görüleceği üzere 4 ve 5 nolu röleler arasında bir koordinasyon söz konusu olamaz. Koordinasyonda 1, 2, 3 ve 4 nolu röleler kendi aralarında, 5 ve 6 nolu röleler ise kendi aralarında koordine edilmiştir.

140

141

YÖNLÜ KORUMA 1. YÖNLÜ KORUMANIN GEREĞİ 1.1. Toprak Koruma Bakımından Elektrik şebekesinde fazın toprağa teması sonucunda oluşacak faz-toprak arıza akımı şebekedeki yıldız bağlı, nötr topraklı trafoların nötr noktasından devresini tamamlar (Şekil – 1).

Şekil – 1

Şekilden görüleceği üzere F noktasındaki arızada arızayı besleyen akım şebekesindeki yıldız noktası direkt topraklı tüm trafoların yıldız noktasından devresini tamamlar. Ancak bu arızada 1, 3 ve 5 nolu rölelerden akan akımlar baradan hatta, 2 ve 4 nolu rölelerden akan akımlar ise hattan baraya doğrudur. F noktasındaki arızada 1 ve 2 nolu röleler aynı anda çalışıp kesicilerini açtırabilir ve 2 nolu rölenin bulunduğu fiderin gereksiz yere inkıtaya uğramasına neden olabilir. Röle devrelerine eklenecek birer yön elemanı ile bu sakıncalı durum ortadan kaldırılabilir. Öyle ki 2 nolu röle açmaya karar verse dahi, yönlü röle arızayı yönünde görmeyeceğinden açma yolunu keser. 1.2. Aşırı Akım Koruma Bakımından Bir radyal (bir noktadan beslenen) şebekede aşırı akım röleleriyle yapılan koruma ve koordinasyon fazla güçlük arz etmez. Ancak bir ring (iki yada daha çok noktadan beslenen) şebekede ideal bir koruma ve koordinasyonu gerçekleştirmek radyal şebekedeki kadar basit değildir.

142

Şekil – 2 Şekil – 2’de verilen basit bir ring şebekede görüldüğü gibi F noktasında olabilecek bir arızada, arızayı 1 nolu röle ile birlikte 2 ve 3 nolu rölelerde temizleyecektir. 2 ve 3 nolu rölenin arızayı aynı anda temizlemeleri B barasını boşaltacağından B barasından beslenen fiderin beslenmesi gereksiz yere kesilir. Eğer 2 ve 3 nolu rölelerde baradan hatta doğru yönlendirilmiş birer yön elemanı ilave edilirse F noktasındaki arızada 3 nolu rölenin yön elemanı arızayı ters yönde göreceğinden gereksiz bir açmaya engel olur. Ring şebekelerde seçici çalışma ancak yönlü a.a. röleleriyle gerçekleştirilir. 2. YÖNLÜ RÖLELERİN ŞEBEKE BAĞLANTILARI 2.1. Akım / Gerilim Polarmalı Bağlantı Yönlü rölelerde polarite önemlidir. Yönlü röleler, baradan hatta doğru bakacak şekilde yönlendirilirler. Akım / Gerilim polarmalı bağlantı şeklinde, gerilim referans alınır ve röleden akan akımın yönü baradan hatta doğru ise röle kontağını kapatarak kesicisini açtırır. Şekil – 3 ‘de 3 faz için a.a. yönlü röle bağlantısı gösterilmiştir.

Şekil – 3 Polariteler (x) ile gösterilmiştir.

143

Şekil – 3’de F noktasındaki arızada yönlü röleye VB.C gerilimi ve Ia akımı gelmektedir. Gerçek bir arızada arıza akımı saf endüktiftir. A fazı toprak arızasına göre çizilen fazör diyagramından görüleceği üzere (Şekil – 4) yönlü röleye gelen akım ve gerilimler aynı fazdadır. Böyle bir bağlantıda yönlü rölenin sağlıklı olabilmesi için akım ve gerilim arasındaki faz farkı 00 olduğunda maximum momentle kontak kapatacak şekilde seçilmelidir.

Şekil – 4 Şekil – 5’te ise yönlü toprak röle bağlantısı verilmiştir.

Şekil – 5 Polariteler (x) işaretli.

144

Şekil – 1’den görüleceği üzere şebekedeki bir faz-toprak arızasında şebekeye bağlı her topraklı trafodan arıza noktasına doğru arıza akımının o trafo üzerinden tamamlanan bileşeni akar. Arızalı fiderde ise sıfır bileşen akımı (rezidüel akım) baradan hatta doğru akar. Sonuçta arızasız fiderlerin yön elemanları çalışmaz ve toprak röleleri çalışsa dahi tek başına kesicisini açtıramaz. Böylece seçici bir çalışma sağlanmış olur. Şekil – 5’te görüldüğü gibi aşırı akım elemanı ile yön elemanının kontakları seri bağlıdır. Devredeki kesicisinin açması ile ancak iki elemanın birden çalışarak kontaklarını kapatmaları ile gerçekleşebilir. Şekil – 6’da bu devreye ilişkin fazör diyagramı C fazı toprak arızası için gösterilmiştir. Fazör diyagramına göre 3 x V0 (rezidüel gerilim) ile 3 x I0 (rezidüel akım) arasında 900 faz farkı vardır. Bu devrede kullanılacak yön elemanının akımı gerilimden 900 geride olması halinde maximum moment üretecek şekilde seçilmesi gerekir.

Şekil – 6

2.2. Akım / Akım Polarmalı Bağlantı Yönlü rölelerin bağlanacağı devrede gerilim trafoları yoksa bu takdirde iki farklı sıfır bileşen akımıyla çalışan yönlü toprak rölesi kullanılabilir. Şekil – 7’de böyle bir bağlantı verilmiştir.

145

Şekil – 7

Bu tip korumada arıza akımının daima arızalı noktadan trafo yıldız noktasına doğru olması gerekir. Nötr akımıyla rezidüel akım arasındaki açının 00 olması halinde maximum moment elde edilecek tipte bir yön elemanı bu devre için uygundur. 3. YÖNLÜ RÖLELERİN TESTLERİ Akım / Gerilim polarmalı bir yön rölesi, kendine gelen akım ve gerilim arasındaki belli bir faz farkında maximum momentle kontak kapatacak şekilde imal edilir. Gerilimi akımından 450 ileri olduğunda maximum momentle kontak kapatacak şekilde imal edilmiş bir rölenin çalışma diyagramı Şekil – 8’de gösterilmiştir. Şekilden anlaşılması gereken şudur: Gerilim, akımdan 450 geri ve 1350 ileri iken moment oluşmaz. Gerilim akımla çakışık iken veya ondan 900 ileri iken maximum moment 1/√2 katı oluşur. Gerilim akımından 450 ileri iken maksimum moment oluşur ve bu bölgede, yani 0 moment ekseninin üstünde kalan açılar için pozitif moment (kontak kapatıcı yönde) meydana gelir. 0 moment ekseninin altında ise negatif moment oluşur.

146

Şekil – 8

Örneğin gerilim akımdan 1350 geri iken negatif (kontağı açık tutma yönünde) maximum moment oluşur. O halde bir yön rölesinin moment diyagramı, M = V . I . cos ( γ - ) Bağlantısıyla belirtilebilir. Burada, γ : gerilimin akımından ileri olma açısı; : momenti pozitif yönde maximum yapan gerilimin akımından ileri olma açısıdır. Bir yön rölesinin plakasında yada kataloğunda açısı verilir. Yön rölesinin komple testi, rölenin açısı göz önünde bulundurularak, moment diyagramının, testte ölçülen değerlerin kullanılması yoluyla çizimi demektir. Test sonuçlarına dayanarak böyle bir diyagramın çizimi için bir akım kaynağı, bir gerilim kaynağı ve bir fazmetreden oluşan bir test seti kullanılabilir. Kaynaklar, test edilecek röleye uygulanacak akım ve gerilim değerlerini verebilmelidir. Örneğin röle nominal akımı, 5 A. ve röle nominal gerilimi, 100 V. İse bu değerleri temin edebilen kaynaklar kullanılmalıdır. Ayrıca test devresine akım ve gerilimin değerini kontrol edebilmek için ampermetre ve voltmetre de bağlanmalıdır. (Şekil – 9). Çalışma diyagramının çizilebilmesi için bütün faz açılarında ölçüm yapılması gerekmez. Belli açılarda, örneğin (γ - )’nın 00 – 300 – 450 – 600 – 1200 – 1350 – 1500 – 1800 – 2100 – 2250 – 2400 – 2700 – 3000 – 3150 – 3300 değerlerinde ölçüm yapılması yeterlidir. Önce (γ - )’nın O0 değeri için (pozitif yönde maximum moment) belli bir akım değerinde (örneğin röle nominal akımında) rölenin kontağını kapatmasını sağlayan gerilim değeri tespit edilir. Bu durum, çalışma momentine karşı düştüğü için, MC = VÖ1 . Inom . cos 00 = VÖ1 . Inom yazılır.

147

Burada VÖ1 gerilimin ölçülen değerini, Inom, test sırasında röleye uygulanan röle nominal akımını gösterir. Sonra açı değiştirilir. Örneğin 300 yapılır. Bu durumda röleye uygulanan akım değiştirilmeden (gene röle nominal akımı) rölenin kontak kapatmasını sağlayan VÖ2 gerilimi ölçülür. Bu değer de gene çalışma momentine karşı düştüğünden,

MC = VÖ2 . Inom . cos 300 = VÖ2 . In . √3/2 den, VÖ2 2 VÖ1 . Inom = VÖ2 . Inom . (√3/2) = ----------- = --------- olur. VÖ1 √3

Eğer gerçekten VÖ2 ve VÖ1 değerleri yukarıdaki oranı teşkil ediyorsa röle doğru çalışıyor demektir. Aynı ölçümler ( γ - )’nın yukarıda verilen diğer değerleri için de yapılmalıdır.

Şekil – 9

4. YÖNLÜ RÖLELERDE YÖN ve ZAMAN KOORDİNASYONU Yönlü rölelerin yönü daima baradan hatta doğru ve seçilir. Çünkü arızalı olan hatta akan arıza akımı daima baradan hatta doğrudur. Zaman koordinasyonu ise Şekil – 10’a göre açıklamaya çalışacağız.

Şekil – 10 Yönlü röleler oklarla gösterilmiştir.

148

Şekil – 10’da görülen çift yönlü beslenen şebeke bölümü, yönlü a.a. röleleriyle korunmaktadır. Bu rölelerin seçici çalışmasını sağlamak için yapılması gerekli zaman ayarları şöyle belirlenir: Önce 2, 4 ve 6 nolu rölelerle GII generatörü yok farzedilerek, şebeke, sadece GI’den tek yönlü beslenen bir şebeke gibi düşünülür ve buna göre zaman koordinasyonu yapılır. Örneğin 5 nolu röle 0,5 saniyeye; 3 nolu röle 1 saniyeye; 1 nolu röle 1,5 saniyeye ayarlanır. Sonra 1, 3 ve 5 nolu rölelerle GI generatörü yük farzedilip şebeke, GII’den tek taraflı beslenen bir şebeke gibi düşünülür ve buna göre 2 nolu röle 0,5; 4 nolu röle 1; 6 nolu röle 1,5 saniyeye ayarlanır. Bu ayar değerlerine göre A1 arızasında, sadece, 1 ve 2 nolu röleler kesicisini açtırır. 5 nolu röle çalışma zamanı 0,5 saniye olmasına rağmen yönü GII’den gelen akıma ters olduğu için çalışamaz ve bu yönden gelen akım, 2 nolu röleden geçtiği için onun çalışmasıyla kesilir, (1 ve 6 nolu rölelerin yönlü olması gerekmediği için bunlar yönsüz a.a. röleleri olarak gösterilmiştir). A2 arızasında, 2 nolu röle GI’den gelen akımı ters yönde gördüğü için akım, 3 nolu rölenin çalışmasıyla; 5 nolu röle GII’den gelen akımı ters yönde gördüğü için bu akım, 4 nolu rölenin çalışmasıyla kesilir. 1 ve 6 nolu röleler yönsüz oldukları halde zamanları yüksek olduğu için gecikme zamanlarını doldurup kesicilerini açtırmazlar. A3 arızası için de benzer şeyler söylenebilir.

149

TRAFO ZATİ KORUMALARI 1. Termik Koruma Güç trafolarında nominal güç izin verilen maksimum izolasyon sıcaklığında trafonun yüküyle tanımlanır. Trafonun yağ ve sargı sıcaklığının belli bir sınırı aşmayacak şekilde, yükselmesini sağlamak için, termik koruma kullanılır. Termik koruma ile, belli sıcaklık değerlerinde, önce alarm, sonra açma verilir. İki bölüme ayrılır. 1.1. Yağ Sıcaklığı Koruma Trafo tankının üst kısmındaki bir cep, trafo yağıyla doldurulur. Cebe monte edilen sonda, bir kılcal tüp ve spiral vasıtasıyla trafonun termostat göstergesine bağlanır. Cepteki yağın sıcaklığının değişimi, genleşen bir sıvı ile dolu kılcal tüple, gösterge üzerindeki 1 nolu ibrenin, belli sıcaklık değerini göstermesini sağlar (Şekil – 1). Yani yağ sıcaklığına bağlı olarak hareket eden 1 nolu ibre, kadran üzerinde yağ sıcaklığını gösterir. 2 ve 3 nolu ibreler, uygun sıcaklık derecelerine ayarlanır ve sabit dururlar. Yağın ısınmasıyla hareket eden 1 nolu ibre, önce 2 nolu ibreye değerek termostat sinyalini verdirir. Sıcaklık yükselmesi devam ederse, 1 nolu ibre 3 nolu ibreye değer ve bu da anda kapanan bir kontak üzerinden kesiciye açma kumandası gider.

Şekil – 1

1.2. Sargı Sıcaklığı Koruma Yağ sıcaklığı ölçümüne ek olarak, sargı sıcaklığı ölçümünü de içerir. Bunun için trafodaki ayrı bir cepte, sargı sıcaklığı temsil edilir. Trafonun buşinglerinden birine yerleştirilen, uygun oranlı bir akım trafosunda yükle orantılı olarak elde edilen akım, cepteki ısıtıcı elemanı besler. Isıtıcı eleman, sargıların yükü ile orantılı olarak, cepteki yağ sıcaklığını artırır. Bu sıcaklığın ölçülmesi ve koruma, yağ sıcaklığında anlatıldığı gibi, termostatla yapılır. Trafoların nominal gücü, maksimum çevre sıcaklığına ek olarak izolasyon sıcaklığı artışıyla tanımlanır. İzolasyonu A sınıfı yağ ya da soğutmalı trafolarda, nominal güç; 24 saatlik günlük ortalaması, 30 0 ‘yi ve en yüksek değeri, 400 ‘yi aşmayan çevre sıcaklığına ek olarak, 550 sıcaklık artışına dayanır. Maksimum sıcaklıkta, trafonun devamlı aşırı yüklenmesine izin

150

verilmez. Düşük çevre sıcaklığında, aşırı yükleme, bir dereceye kadar emniyetle uygulanır. Trafoların yüklenmesiyle ilgili kesin olarak söylenebilecek tek söz, sargının aşırı ısınmaması gerektiğidir. Normal maksimum çalışma sıcaklığı 950 (400 + 550) kabul edilir. Bundan sonra (80 – 100)’lik devamlı ısınma trafonun ömrünü yarıya indirir. Termik imaj rölesi (Şekil – 2), sargı sıcaklığı koruması için kullanılır. Trafonun primer buşinglerinden birine yerleştirilen uygun oranlı bir akım trafosunun sekonderinden beslenen küçük bir ısıtıcı, trafo tankının üst kısmında sıcak yağ içinde, küçük bir cebe konulmuştur. Isıtıcı, genel yağ sıcaklığına ek olarak, sargılarınkiyle orantılı bir sıcaklık artışı meydana getirir. Cebe konulan, sıcaklığa duyarlı bir direnç, sıcaklık değişimine bağlı olarak çok hızlı bir şekilde değer değiştirir. D.A. kaynağının R direncinden geçirdiği akımla orantılı olarak, göstergede sargı sıcaklığını temsil eden değer okunur.

Şekil – 2

3. BUHOLZ KORUMA 2.1. Trafo Buholz Koruma Trafo yağı içinde, küçük yada yeni başlayan arızalarda yavaş, büyük arızalarda hızlı olmak üzere arkın meydana getirdiği ısınmayla gaz oluşur. Küçük arklı arızalarda, yavaş yavaş oluşan gaz kabarcıkları, genleşme kabını trafoya birleştiren borudan, genleşme kabına kaçmak isterler. Büyük arklı arızalarda oluşan büyük hacimdeki gaz, arızanın şiddetli olmasından dolayı genleşme kabına kaçacak zaman bulamadan, büyük miktarda yağı, taşkın halinde genleşme kabına doğru iter. Bu iki olayın, gaz birikim ve yağ akışının değerlendirilmesinden yola çıkarak mekanik yapıda buholz rölesi geliştirilmiştir, (Şekil – 3). Şekilden görüleceği gibi, buholz rölesi, genleşme kabı ile trafo tankını birleştiren boruya monte edilir. Boruya bir miktar eğim verilmesi gereklidir.

151

Şekil – 3

İşletme koşullarında rölenin içi tamamen yağla doludur. İki tane kontağı vardır, üst kontak yüzen bir şamandıraya bağlı olarak açılır yada kapanır. Küçük ve yeni başlayan arızalarda çıkan gaz kabarcıkları, buholz rölesinin üst kısmında toplanarak yağı ve şamandırayı aşağı iter. Şamandıra belli bir düzeyin altına düşünce, üst kontak kapanır. Üst kontağın kapanmasıyla alarm alınır. Alt kontak, yağın akışıyla konum değiştiren bir kanatçığa bağlıdır. Söz konusu kanatçığın konumu değişince, alt kontak kapanır. Alt kontağın kapanmasıyla, kesiciye açma komutu verdirilir. Bu kontağın kapanma ayarı, yağın borudan bir yönde akışına göre yapıldığından, buholz rölesi, üzerinde bulunan ok yönü genleşme kabını gösterecek şekilde monte edilmelidir. Trafolardaki sargı arızalarında, daima bir dereceye kadar ark meydana gelir. Arkın yağı ayrıştırmasıyla hidrojen, hidrokarbon, karbonmonoksit gibi gazlar açığa çıkar. Arızaya, saç izolasyonunda hasar, ek yeri ısınması gibi küçük bir arızaysa gaz yavaş yavaş çıkar ve genleşme kabına kaçmak ister. Şiddetli arkı içeren büyük bir sargı arızasında, buhar ve büyük hacimde gaz çıkar. Tepkime o kadar şiddetli olur ki gaz genleşme kabına kaçacak zaman bulamadan, uyguladığı basınçla büyük miktarda yağı taşkın halinde genleşme kabına iter. Trafolarda bu tür gaz oluşumunu yaptığı testlerle iyice inceleyen Bucholz, başka şekilde sezilemeyen küçük arızaların tespitini sağlayan ve kendi adıyla anılan gaz uyarımlı bu röleyi geliştirmiştir. 2.1.1. Çalışma Özellikleri Trafonun ilk devreye alınmasında sargılarda kalan (sıkışan) hava, zamanla rölede birikerek gereksiz alarm sinyalleri verebilir. Y.G. trafolarında tankı yağla doldururken özellikle bu hava alınır. Böyle bir önlem alınmadığı takdirde çıkan gazın yanıcı olup olmadığı kontrol edilerek karar verilebilir.

152

Hava sıcaklığının düşmesiyle yağın büzülmesi yada tankta sızıntıdan dolayı yağ seviyesinin buholz rölesinin altına düşmesiyle sırayla üst kontak ve alt kontak kapanır. Benzetilmiş işletme şartlarında yapılan deneyler, yağla dolu bir trafo tankına ark uygulandığında rölenin 50 – 100 msn içinde çalışmasının mümkün olduğunu göstermiştir. 2.1.2. Çalışma Şartları Röleler imal edilirken kontakların ayarı, belirli gaz hacmi ve yağ akış hızında çalışacak şekilde yapılır. Özellikle cebri yağ soğutması olan büyük trafolarda, pompaların devreye girişinde genleşme kabı borusunda yağ akışı görülür. Rölenin imalatında kontak ayarı bu durumda çalışmayacak şekilde yapılır. Yağın sıcaklıkla akışkanlığının artması, rölenin çalışma duyarlığını zayıflatır., akışkanlığın azalması çalışma duyarlılığını arttırır. Rölenin çok duyarlı olması, özellikle düşük çevre sıcaklığında pompaların devreye girişinde yanlış çalışmaya neden olabilir. Rölede, gaz birikme hücresinin her iki tarafına yağ seviyesini görmek için gözetleme pencereleri konulur. Bunlar arızanın teşhisinde yararlı olur. Şöyle ki, eğer gaz beyaz yada sarıysa izolasyon yanmasıdır, siyah yada gri ise ayrışmış yağı ifade eder. Bu durumda gaz muhtemelen yanıcı olacaktır, ancak hava kabarcıkları birikmişse yanmayacaktır. Gazın dışarı alınması yada yakılması için rölenin üst kısmına bir musluk konulur. Gerektiğinde gaz bir balonla alınarak analizi yapılır veya musluktan çıkan gaza kibrit alevi tutularak yanıcı olup olmadığı kontrol edilir. Yanıcı ise iç arıza vardır. Test ve bakımı yapılmadan devreye alınmaz. Gaz yanıcı değilse, musluktan çıkan gaz havadır. Boşaldıktan sonra ilgililerin izniyle trafo servise alınabilir. Buholz rölesini çalıştıran arızalar: - Nüve arızalarında, - Elektriki devrede kötü temas, - Trafo primer veya sekonder sargıda sarımlar arası yada sarım-tank arası

temas, - Yağ seviyesinin düşmesi (Bazı buholz röleleri çalışmayabilir), - Deprem durumunda. Gazın borudan genleşme kabına kolayca gidebilmesini ve yağ akışı esnasında çalkalanma olmamasını sağlamak için rölenin montajı önemlidir. Bunun için röle, üzerindeki ok yönü genleşme kabını gösterecek şekilde, trafo tankından genleşme kabına 50 eğimle yükselen düz bir boruya monte edilir. Borunun çapı, uzunluğu ve eğiminin rölenin çalışma performansı üzerinde etkisi büyüktür. Eğim, rölenin şamandıra tipine bağımlı olarak, 2-7 derece arasında değişir.

153

2.2. Kademe Buholz Koruma Yük altında gerilim kademesi değiştirilebilen güç trafolarında, kademe değiştirici kontakları arasında meydana gelecek arızalarda, bu tertibi korumak için kullanılır. Genellikle açma verdirecek şekilde bağlantı yapılır. Ayrı bir ünitedir. Çalışma prensibi, trafo buholz korumasında anlatıldığı gibidir. Gerilim kademesi boşta değiştirilen trafolarda ise, kademe buholz ünitesi yoktur. Buna karşılık, eğer gerilim altında kademe değiştirilmek istenirse; kademe değiştirici kolunun çevrilmesiyle kapanan bir kontak üzerinden trafo devre harici edilecek şekilde koruma bağlantısı yapılır. Şekil – 4.

Şekil – 4

3. ANİ GAZ BASINÇ RÖLESİ genleşme kabı olmayan trafolarda kullanılır. Prensip olarak buholz rölesinin fonksiyonunu yapar. Şekil – 5’de gösterildiği gibi trafo kazanının altına monte edilen bir yastıkla kazandaki yağ mevcuttur. Delik vasıtasıyla her iki bölmedeki yağ basınçları normal şartlarda eşit olduğundan kontak açıktır. Kazan içindeki arızada hasıl olacak arkın yarattığı ani basınç değişimi diyaframı patlatacak değere eriştiği anda basınç kontaklar kapanıp, kesici açtırılır. Buna benzer bir diyafram (şekilde gösterilmiştir), kazanın üst kısmına konur. Yavaş gaz toplanmalarında yukarıdaki tapa açılır ve yine kontak sistemi kapatılıp alarm verdirilir.

154

Şekil – 5

4. GAZ BASINÇ EMNİYET CİHAZI (GAZ GENLEŞME CİHAZI) İç arızada meydana gelen basınç transformatör tankını da hasara uğratacak değere ulaşabilir. Bu durumda basınç emniyet cihazı veya gaz genleşme cihazı adı verilen bir koruma elemanı kullanılmaktadır. Transformatör tankının kapağına monte edilen söz konusu röle genleşme tankı olmayan transformatörlerde kullanılabildiği gibi genleşme tankı olan transformatörlerde de DEVE BOYNU’nun yerine kullanılır. Şekil – 6 .

Şekil – 6

155

5. YAĞ SEVİYE Trafo yağının minimum maksimum seviyesinde, alarm almak için kullanılan bir tertiptir. Trafonun genleşme kabına konulan bir şamandırayla, yağ seviye minimum yada maksimum olduğunda hareket eden bir kolun kapattığı kontaklardan alarm alınır. Yağ seviyesi maksimum olduğunda kapanan kontak, uygulamada pek kullanılmamaktadır. 6. TANK KORUMA Tank koruma rölesi, buşinglerden tanka yada sargılardan tanka bir atlama olduğu zaman çalışır. Arıza akımı, tank topraklama iletkeninden toprağa akar. Bu iletkenin üzerinde bir akım trafosu yerleştirilerek, bunun sekonderine bağlanan bir akım rölesiyle, tank koruma teşkil edilmiş olur. Trafonun tankına olan atlamalarda bu röle çalışarak trafoyu devre dışı bırakır. İdeal olarak, arıza akımının tamamı tank akım trafosundan geçmelidir. Bunun için, trafo tankının raylardan iyi yalıtılmış olması gerekir. Şekil – 7. Tank koruma rölesi, buşing tank arası arızada, diferansiyel röleyle, sargı tank arası arızada ise, buholz ve diferansiyel röleyle birlikte çalışabilir. Şekil – 7’de trafoya ait sargılardan birinde tanka atlama olduğunda arıza akımının dolaştığı yol gösterilmiştir. Şekilde, trafo tankının, raylardan iyi yalıtıldığı kabul edilmiştir.

Şekil – 7

Tank korumanın prensibi, trafonun tankından toprağa akan arıza akımını ölçmeye dayanır. Tank ile toprak arasındaki iletkene bir akım trafosu yerleştirilir ve bunun sekonderinden ani çalışmalı tank koruma rölesi beslenir. Rölenin sağlıklı çalışması için toprak iletkeni dışında, tankla toprak arasında, başka hiçbir elektriki bağlantı olmamalıdır.

156

Bu durum, tankın, üzerinde durduğu zeminden izolasyonunu gerektirir. İdeal olarak sonsuz olması istenen bu direnci, uygulamada, 10 Ω’dan büyük seçmek yeterlidir. Trafonun üzerinde durduğu beton zeminin direnci, bu değeri veriyorsa ayrıca izolasyon için ilave tedbire gerek yoktur. Ancak yağmurlu havalarda direncin küçülmesi göz önünde tutulmalıdır. İzolasyon direncinin çok küçük olması durumunda, tanka atlamalarda, arıza akımı, tank topraklama iletkeni ve tekerlekler üzerinden iki kola bölünerek toprağa akar. Tank koruma rölesinin ayarlı olduğu değerden daha küçük bölümü topraklama iletkeninden akarsa röle çalışmaz. Bu durumu önlemek için izolasyon direncinin belirtilen değerinin üstünde olması istenilir. Şekil – 8’de görüldüğü gibi arıza akımı I1 ve I2 kollarına ayrılır. Toprak elektrotuyla gerçek toprak arasındaki toprak geçiş direnci genellikle 1’den küçüktür, R2 izolasyon direnci 10 olursa;

R1 1 I2 = --------------- . Ik1 = ------------ . Ik1 R1 + R2 1 + 10 I2 = % 9 Ik1; I1 = % 91 . Ik1 şeklinde dağılacaktır.

Şekil – 8

6.1. Tank Korumanın Yanlış Çalışma Sebepleri Tank koruma rölesinin yanlış çalışma şekli aşağıda açıklanmıştır. İşletmede en çok karşılaşılan, trafonun beslediği sistemde ve tankla alakası olmayan faz-toprak arızalarında, tank rölesinin gereksiz yere çalışmasıdır. Bu yanlış çalışma, Şekil – 9’da görüldüğü gibi, arıza akımının, tank geçiş direncinin küçük olması nedeniyle iki kola ayrılarak bir kısmının (I1) tank topraklama iletkeni üzerinden tanka çıkıp tekerleklerden tekrar toprağa dönmesiyle olur. Böyle bir yanlış çalışma söz konusu olduğunda, tank geçiş direnci kontrol edilmelidir.

157

Bu yanlış çalışmanın olmaması için trafonun tankından toprağa, toprak iletkeninin dışında başka bir bağlantı olmaması gerekir. Bu nedenle trafonun kumanda dolabından çıkan sekonder kablolar trafodan iyi izole edilmelidir. Ayrıca metal kılıflı kabloların metal kılıflarının da tanktan iyi izole edilmesi gerekir. Parafudrlar hatalı olarak trafo üzerine monte edilmişse, topraklamaları trafodan izole olmalıdır.

Şekil – 9 7. DİFERANSİYEL KORUMA Diferansiyel röleler, sınırları belirli bir bölgede, koruma yaparlar. Trafoların diferansiyel korumasında, trafonun primer ve sekonderinde bulunan akım trafoları arasında kalan bölgeye, diferansiyel koruma bölgesi denilir. Röle, bu bölge içinde kalan arızalarda koruma yapar. Diferansiyel rölenin çalışma prensibi, güç trafolarının her iki tarafındaki akımların büyüklüğünün kıyaslanmasına dayanır. Bunun için, normal işletme koşullarında, her iki taraftan röleye gelen akımların eşit ve 1800 faz farklı olması sağlanır. Yani bir taraftan röleye gelen akım, öbür taraftan çıkmalıdır. Diferansiyel röleye giren akımların büyüklüklerinin eşitlenmesi ve 1800 faz farklı hale getirilmeleri, ana akım trafolarının ve gerektiğinde yardımcı akım trafolarının oran ve bağlantı grubu seçimiyle sağlanır. Şekil – 10’da bir trafoyu koruyan diferansiyel rölenin prensip bağlantı şeması verilmiştir. Koruma bölgesi, açıkça görüleceği gibi her iki taraftaki ana akım trafolarının arasında kalan bölgedir. Yani röle bu bölgedeki arızalarda çalışır.

158

Şekil – 10

Şekil – 11’de prensip resmi görülen diferansiyel rölenin koruma bölgesi, iki taraftaki akım trafoları arasında kalan bölgedir.

Şekil –11 Diferansiyel Koruma Prensip Resmi Diferansiyel koruma rölesi, akım trafoları aracılığı ile güç trafosunun her iki tarafındaki akımları kıyaslar. Akım trafolarının oranı, her iki taraftan röleye gelen akımları eşitleyecek şekilde seçilir. Akım trafolarının bağlantıları da şekilde olduğu gibi bir tarafta polarite uca diğer tarafta polarite olmayan uca yapılarak, aynı fazın sekonder akımları röleye bir taraftan girerken diğer taraftan çıkacak şekilde bağlanır. Böylece röle çalıştırma bobininden geçen fark akımı normalde sıfırlanır. Trafodaki bir arızada akımların eşitliği bozulacağından, meydana gelen fark akımı, diferansiyel röleyi çalıştırır. Uygulamada diferansiyel rölelerin çeşitli yanlış çalışmalarıyla karşılaşılmaktadır. a. Mıknatıslanma akımının ilk birkaç periyodu çok büyük değerlere ulaşır.

Çoğunlukla nominal akımdan büyük olan ilk periyotlardaki genlik, çeşitli şartlara bağlı olarak bazen nominal akımın 8 – 10 katına ulaşabilir. Güç trafosunun sekonder tarafından röleye herhangi bir akım gelmediği için bu akım, rölenin çalıştırma bobinini çektirecektir. Soruna çözüm olarak gelişmiş rölelerde, bu akımın içindeki 2. ve 3. hermonikleri bloke eden filtre devreleri kullanılır. İşletmede, eski tip diferansiyel rölelerin filtre

159

devreleri olmadığı için zaman zaman trafoları devreye alırken mıknatıslanma akımından dolayı yanlış çalıştığı görülmektedir.

b. Diferansiyel Koruma Bölgesinin Dışındaki Arızalar: Farklı gerilim

seviyelerinde (154 kV ve 34,5 kV gibi) kullanılan akım trafolarının doyma eğrileri farklıysa; röleye giren akımlar, nominal yükte eşit oldukları halde, diferansiyel koruma bölgesinin dışındaki arızalarsa, sekonder akımlar arasında hatırı sayılır farklılık olur ve buda diferansiyel röleyi yanlış çalıştırabilir.

c. Akım Trafo Oranı: Güç trafolarının primer ve sekonder taraflarındaki

akım trafolarının oranı, nominal primer ve sekonder akımlara göre seçilir. Kademe değiştiricinin pozisyonuna göre, nominal yükte bile sekonder akımların eşitliği bozulabilir ve çalıştırma bobininden fark akımı akar. Normal şartlarda, bu fark akımı küçüktür ve hatalı çalışmaya neden olmaz.

d. Normal işletmede, akım trafo sekonderleri ile diferansiyel röle arasındaki

kablolardan birinin herhangi bir nedenle klemensten çıkmasıyla bir faz devresi açık kalır, bu defa da fark akım akmasına ve diferansiyel rölenin gereksiz yere çalışmasına neden olabilir.

8. PİLOT DİFERANSİYEL KORUMA 10 km ve daha kısa havai hat ve yer altı kablolarının diğer rölelerle korunmasında seçiciliğin zorluğundan dolayı pilot diferansiyel koruma kullanılır. Bu korumada, faz akımları dirençlerden geçirilerek dirençler üzerinde düşen gerilimler kıyaslanır. Diferansiyel bölgeyi oluşturan fiderin başı ve sonu arasındaki P noktasında bir arıza olursa gerilimlerin eşitliği bozulacağından koruma devresinde fark gerilimi oluşur ve her iki taraftaki diferansiyel röleler çalışarak kendi kesicilerini açtırır. Koruma bölgesi dışındaki K ve M noktalarındaki arızalarda ise, diferansiyel koruma sisteminde fark gerilimleri meydana gelmez. Bu durum Şekil – 12’de prensip olarak verilmiştir.

160

Şekil – 12

Röle, bu korumada, fider başı ve sonundaki akım trafoları arasında kalan diferansiyel koruma bölgesindeki arızalarda Çalışır. Diferansiyel koruma bölgesi uzunluğunun çok fazla olması nedeniyle, fark akımı prensibine göre çalışan röleler kullanıldığında, şu sakıncalar ortaya çıkar: a. Üç faza ait 3 iletken, nötr iletkeni ve 2 tane d.a. iletkeni olarak 6 iletken

kullanmak gerekir, b. Akım trafolarının yükü artacağından hata olasılığı büyür, c. Pilot kablolar arasındaki şarj akımının etkisi girer, d. Pilot kablolarda büyük gerilim düşümü meydana gelir. Pilot diferansiyel korumada, bu yüzden, akımlar kıyaslanmaz. Şekil – 13’de görüldüğü gibi, akımlar, şönt dirençlerden geçirilerek gerilimler kıyaslanır. Arızasız şartlarda gerilim düşümleri eşit ve aynı yöndedir. Koruma bölgesi içinde bir arıza meydana gelince X ve Y noktaları arasındaki gerilimlerin farklılığından dolayı rölelerin seri bağlı çalıştırma bobinlerinden bir akım akarak röleleri çalıştırır. Arızalarda, pilot kablo üzerindeki gerilim düşümünün küçük olması için adaptör akım trafolarıyla, sekonder akımlar, örneğin 0,2 A gibi küçük bir mertebeye indirilir. Rölelerin minimum ayarı, pilot kablonun ilk yüklendiğinde çektiği akımdan (güç trafolarında mıknatıslama akımı gibi) büyük yapılır. Bu akımda, rölelerin çalışmaması için yeni rölelerde, filtre konulmuştur. Bu olmadığı takdirde rölenin trip devresine, 0,2 – 0,3 sn’lik bir zaman gecikme tertibi bağlanır ve geçici rejimlerde yanlış açmalar önlenir.

161

Şekil – 13 Pilot Diferansiyel Prensip Resmi

9. YANGIN KORUMA Trafonun belli yerlerine yerleştirilen ve ani sıcaklık değişiminden etkilenen termik elemanlardan istifade edilir. Bunlar sıvı yada katı bimetal elemanlar olabilir. Tüpteki sıvı θ K x --------- halinde genleşerek bir kumanda sistemini harekete geçirir. t Kesiciyi açtırmakla birlikte trafonun yanında bulunan CO2 tüpü ile su tankının vanasını otomatik olarak çalıştırıp trafo kazanına gaz ve su püskürtülür. Aynı tertip trafoda bucholz çalıştığında da harekete geçirilir. Ekseriyetle büyük güçlü trafolarda kullanılır.

162

SİSTEMLERİN ANALİZİ Geçmiş yıllarda, dünyada ve ülkemizde elektrik enerjisi üretimi için çeşitli kaynaklarıyla çalışan elektrik santralleri kurulmuştur. Tüketimin daha az olduğu zamanlarda,, santraller mahalli olarak çalışmakta ve belli bir bölgeyi beslemekteydi. Dolayısıyla bu üretim küçük güçlü generatörlerle yapılıyor ve gerilim değerleri belli seviyelerin altında kalıyordu. Teknolojinin ilerlemesiyle birlikte, sanayi tesislerinin kurulması neticesinde enerji ihtiyaçları artmış ve mahalli üretimler bunu karşılayamaz hale gelmiştir. Generatör güçleri arttırılmış, santralların üretimlerini birleştirme amacıyla uzun iletim hatları tesis edilmiş ve kayıpların azaltılması için de gerilim değerleri arttırılmıştır. Enerjinin kullanımı, üretim, iletim, dağıtım aşamalarından geçerek gerçekleşmektedir. 1.1. Üretim Sistemi Üretim, kurulan enerji santrallarında, çeşitli güçteki senkron generatörlerce yapılmaktadır. Generatör sargıları yıldız bağlı olup, nötr (yıldız) noktası ya doğrudan doğruya toprağa bağlanır veya bir empedans üzerinden topraklanır ya da boşta bırakılır ki, bu takdirde, generatör nötrü izole olarak çalışır. Büyük güçlü generatörlerde, yıldız noktaları doğrudan topraklanmaz. Aksi takdirde stator sargılarda oluşacak toprak arızalarında büyük akımlar geçerek generatöre zarar verir. Yıldız noktasının boşta bırakılması yani izole edilmesi halinde ise, faz-toprak temaslarını hassas olarak algılamak zorlaşır ve izolasyon arızalanmaları söz konusu olabilir. Bu sakıncalardan dolayı genellikle direnç üzerinden topraklanırlar. 1.2. İletim Sistemi Belli bir mahalde üretilen enerjinin, başka bir yere nakli için enerji iletim hatlarının tesisi gerekir. Uzaklık ve taşınacak güç arttıkça, gerilimin değeri de büyüyecektir. Nakledilen enerjinin dağıtımı için belli yerlerde indirici trafo merkezleri kurulur. 1.3. Dağıtım Sistemi Yüksek gerilimle gelen enerjinin küçük ünitelere kadar dağıtılabilmesi için gerilim seviyesinin düşürülmesi zorunludur. Bu maksatla, yani yüksek olan gerilim seviyesini uygun değere düşürmek için kullanılan elektrik makineleri yukarıda da belirtildiği gibi güç trafolarıdır. Üç fazlı trafolar, çeşitli yapı ve bağlantı şekillerinde imal edilirler. Şekil – 1, 2, 3 ve 4’te şematik olarak trafoların bağlantı şekilleri ve tipleri gösterilmiştir. a. Yıldız/Yıldız Bağlı Trafolar: Sistemde işletme özelliklerine göre üç şekilde bağlanmaktadırlar. (Şekil – 1, a, b, c).

163

Şekil – 1

Trafoların primer veya sekonder sargı yıldız noktaları, ya direkt (doğrudan doğruya) olarak topraklanırlar yada boşta (izole) bırakırlar. Sistemimizde, trafoların 66 kV’den yüksek gerilimdeki sargıları direkt topraklanır. b. Yıldız / Üçgen Bağlı Trafolar: İşletme özelliklerine göre, trafonun yıldız veya üçgen sargısı, yük tarafına bağlanır. Üç çeşit bağlantısı yapılabilir.

Şekil – 2

Trafoların üçgen sargıları toprağa göre izole edilmiş durumdadır. Yıldız / Üçgen bağlı trafolarda da yıldız sargının topraklama durumu, yukarıda anlatıldığı gibidir. Bu trafolarda primer ve sekonder sargılar arasında (aynı fazda) en az 300’lik faz farkı mevcuttur. c. Ototrafolar: Primer ve sekonder sargıları ayrı değildir. Her faz için aynı sargıdan giriş ve çıkış gerilimleri alınır. Giriş ve çıkış için ortak olan nötr noktası topraklanırsa direkt topraklı, boşta bırakılırsa yalıtılmış olarak tanımlanır. Büyük güçteki ototrafolarda, tersiyer sargı denilen ayrı bir üçgen sargı bulunur. Bu sargıdan da güç alabilir. (Güç alınacak şekilde dizayn edilmişse).

164

Şekil – 3

d. Üç Sargılı Trafolar: Bir sargısı üçgen olmak üzere aynı trafo kazanında birbirine manyetik olarak bağlı, üç ayrı sargı vardır. Genellikle sekonder sargı (yıldız ise), bir empedans üzerinden topraklanır. Primer sargı, direkt topraklanır.

Şekil – 4

Trafo güçleri çok büyüdüğünde ekonomik nedenler ve nakil zorlukları nedeniyle, üç fazlı trafonun sargıları bir kazanın içine konulamaz. Üç adet tek fazlı trafo olarak imal edilirler. Sargıların yıldız noktası trafo kazanlarının dışında oluşturulur ve sargılar yüksek gerilimli olduğu için topraklanır. 2. TRAFO YILDIZ NÖTRLERİNİN EMPEDANS ÜZERİNDEN TOPRAKLANMASI Şebeke işletme koşullarına göre trafo sargılarının yıldız noktaları bazen bir empedans üzerinden topraklanır. En yaygını direnç veya reaktans bobini üzerinden yapılanıdır. Şekil – 5’te görüldüğü gibi, genellikle, yük tarafındaki sargı direnç veya reaktans üzerinden topraklanır.

165

Şekil – 5

3. SİSTEMDE TRAFO SEÇİMİ Şekil – 6’da iki ayrı sistem verilmiştir. Generatör çıkışındaki yükseltici trafoların generatöre bağlı sargıları, Şekil – 6a ve b’de görüldüğü gibi her zaman üçgendir. Şekilde trafoların yıldız sargıları doğrudan topraklı olarak gösterilmiştir.

Şekil – 6

Şekil – 7’de ise, yüksek gerilim sargısı direnç üzerinden topraklanmış bir generatör yükseltici trafosu gösterilmiştir. İşletmede bulunan bir trafonun yıldız noktasını doğrudan veya bir direnç yada reaktans bobini üzerinden toprağa bağlamak veya izole bırakmak, sekonder sargının söz konusu edildiği düşünülürse, bundan beslenen şebekenin faz-toprak arızaları esnasında zorlanmasını belirler.

166

Şekil – 7

Eğer nötr noktası topraklıysa, arıza akımlarına geçiş yolu sağlanabilir. Nötr noktası, direnç veya reaktans üzerinden topraklıysa, arıza akımları belli değerlere sınırlanır. Nötr noktası izole ise, faz-toprak temaslarında, arıza akımı geçmez. Faz-toprak arıza akımlarının geçip geçmeyeceği veya ne miktarda geçeceği, trafonun kaynak tarafındaki sargısının yıldız veya üçgen olmasına, eğer yıldız bağlı ise, kaynağın topraklama durumuna bağlı olduğu da unutulmamalıdır. Eğer bir trafonun primer sargısı üçgen, sekonder sargısı yıldız ve direkt topraklı ise, yıldız sargının beslediği şebekede oluşacak faz-toprak arızalarında oldukça büyük akım geçer ve bu, kaynağın topraklama durumu ile bağımlılığı olmayan bir olaydır, (Primer sargının üçgen olması nedeniyle) Şekil – 8’de böyle bir şebeke gösterilmiştir. Bu tip şebekelerde, bir faz ile toprak arasındaki kısa devrelerde akan arıza akımı, üç fazlı arıza akımlarından bile büyük olabilir. Arıza akımlarının değeri büyüdükçe teçhizatın mekanik (dinamik kuvvetler nedeniyle) ve termik zorlanması da artar. Nötr noktası bir direnç yada reaktans üzerinden topraklı trafoların beslediği şebekelerde, faz-toprak kısa devre akımları ve dolayısıyla akımdan gelen zorlanmalar azalır. Buna karşılık arızasız fazlardaki gerilimler yükselir ve izolasyonu zorlar.

Şekil – 8

167

Fiderleri besleyen trafonun sekonder sargısının yıldız noktası izole edilir veya bu sargı üçgen olursa, faz-toprak arızalarında hiç akım geçmez ama izolasyon zorlanması maksimum seviyeye ulaşır. Arızanın geldiği fiderin tespiti de zorlaşır. Bu yüzden, izole sistem yerine nötrü direnç yada reaktans üzerinden topraklı sistem daha avantajlıdır. TEK’de uygulanan sistemde, 25 MVA ve daha yukarı güçteki trafolarda, sekonder sargı nötrleri, eğer havai hat şebekesi besleniyorsa 60, kablo şebekesi besleniyorsa 20 ohm direnç üzerinden topraklanmaktadır. Böylece 35 kV sargının beslediği şebekede meydana gelecek faz-toprak arızalarında, arıza akımı 20 ohm direnç halinde 1000 ampere, 60 ohm direnç halinde 300 ampere sınırlanır. 4. HAT ve TRAFO REAKTANSLARI Sistemi meydana getiren şebeke elemanları; generatör + trafo + hat + trafo şeklinde bir zincirden oluşmaktadır. Gerek faz arası ve gerekse faz-toprak arıza akımlarını sınırlayan belli başlı teçhizat bunlardır. Bu elemanların üç fazlı, faz-toprak arızalarına karşı gösterdikleri empedansların değerleri farklıdır. Her teçhizatın, çeşitli tipteki arızalara karşı doğru, ters ve sıfır bileşen olmak üzere üç çeşit empedans gösterdiği söylenebilir. Omik değerler, genellikle, reaktansların yanında küçük olduğundan, empedans yerine reaktans büyüklükleri alınmaktadır. Bu bölümde generatörler anlatılmayacak, bunların eşdeğerleriyle yetinilecek hat ve trafo reaktansları geniş olarak analiz edilecektir. 5. HAT REAKTANSLARIN TANITIMI İletim hatlarında (66, 154 ve 380 kV hatlarda) omik direnç ihmal edilir ve sadece hattın km başına reaktansları göz önüne alınır. Dağıtım hatlarında ise omik direnç değerleri genellikle ihmal edilmez ve hattın empedansı göz önünde alınır. Reaktans bileşenleri, aşağıda anlatılmıştır. 5.1. Doğru Bileşen Reaktansının Tanımı Yıldız noktası topraklı bir generatöre bağlı olan hat, üç fazı kısa devre edilerek toprağa bağlanmıştır. Her fazın toprağa göre gerilimi, Vf-n olup, bunlar birbirine göre 1200 faz farklı olduğundan topraktan herhangi bir nötr akımı geçmeyecektir. ZM : fazlar arasındaki karşılıklı empedansı, Z1 ise generatörle kısa devre noktası arasındaki hat parçasının her faz için empedansıyla toprak dönüş empedansının toplamını göstersin. Generatörden bakılınca görülen empedans,

168

Şekil – 9

Vf-n -------- = Z1 – ZM = ZL Ik3 Bu ifade verilen ZL değeri, hattın doğru bileşen empedansı olarak tanımlanır. İletkenin kesiti ve hattın yapısına göre değişik değerler alır. Yüksek gerilimli hatlarda ZL yerine XL reaktansı alınarak km başına verilir. Örneğin, 477 MCM kesitindeki bir hattın doğru bileşen reaktansı yaklaşık 0,40 Ω/faz olarak alınabilir. X1 şeklinde gösterilir. Omik direnç ihmal edilerek, X1 = XL – XM yazılır. 5.2. Ters veya Negatif Bileşen Reaktansı Hatlarda, hangi kesit ve gerilimde olursa olsun, ters bileşen değeri, daima doğru bileşen değerine eşittir. 5.3. Sıfır Bileşen Reaktansı Yıldız noktası topraklı generatörden beslenen hat parçası, iki taraftan kısa devre edilerek toprağa bağlanmıştır. Üç fazlı arızanın aksine bu durumda topraktan akım geçecektir. Çünkü I0’lar aynı fazdadır. Z1 yine hat ve toprak dönüşünün toplam empedansını göstersin. Hat parçasının fazları paralel bağlandığından eşdeğeri, Z0/3 alınacaktır. Generatörden bakıldığında görülen eşdeğer empedans;

169

Şekil – 10

V0 Z0 V0 ------- = ------- ve ------- = Z0 dır. 3I0 3 I0 Burada Şekil – 10’dan, örneğin, C fazı için gerilim düşümü bağlantıları yazılırsa; V0 = I0 . ZL + I0 . ZM ve Z0 = ZL + 2ZM bulunur. Bu neticeye göre hatların sıfır bileşen reaktansı için de, x0 = x1 + 2xm yazılabilir. Buradan görüleceği gibi; hatların sıfır bileşen reaktansları doğru ve ters bileşen değerlerinden daima büyüktür. Büyük ölçüde, hatların dizaynına bağlı olarak değişir. Aşağıda verilen tabloda, çeşitli tertipler için sıfır bileşenin doğru bileşene oranı belirtilmiştir. X0 / X1 Tek Devre Çift Devre Toprak Telsiz 3,2 5,1 Çelik Toprak Telli 2,9 4,4 Çe-Al. Top. Telli 2,5 3,5 Şekil – 11’de toprak telli ve çift devreli bir E.N.H. tertibi verilmiştir.

170

Şekil – 11

Genelde bir hat için XOL = 3XL veya X0 = 3X1 alınabilir. Bir hattın faz başına sıfır bileşen reaktansı, doğru bileşeninin üç katıdır. Doğru bileşen değeri cetvellerde verilir. Sıfır bileşeni bulmak için de bunun üç katı alınabilir. 6. TRAFO REAKTANSLARININ TANITIMI Güç trafoları arıza tiplerine göre, doğru, ters ve sıfır bileşen olmak üzere üç çeşit empedans gösterirler. Omik direnç küçük olduğundan empedans yerine reaktans alınır. Bileşen reaktansları hakkında, aşağıda açıklamalarda bulunulmuştur. Omik direnç = R, Empedans = Z, Reaktans = X olarak gösterilmektedir. 6.1. Doğru Bileşen Reaktansı Trafonun plakasında kısa devre gerilimi (Uk) olarak verilen değer, trafonun doğru bileşen reaktansını ifade eder. Bir örnek verilirse; 154/35 kV Yıldız/Yıldız bağlı, 25 MVA gücündeki trafoda, Uk = % 10 ise; bu trafoya 154 kV taraftan bakıldığında görülen doğru bileşen reaktansı; (154)2 x 0,1 Xtr154 = ------------------ = 94,86 Ω/faz’dır. 25 Aynı trafoya 35 kV taraftan bakıldığında görülen doğru bileşen reaktansı; (35)2 x 0,1 Xtr.35 = -------------- = 4,9 Ω/faz’dır. 25

171

6.2. Ters Bileşen Reaktansı Hatlarda olduğu gibi trafolarda da doğru ve ters bileşen değerleri birbirine eşittir. (Xd = Xt) 6.3. Sıfır Bileşen Reaktansı Trafolar statik makineler olduklarından daima Z1 = Z2 (Zd = Zt) olur. Z0 bileşeni ise trafonun bağlantı şekli ve manyetik yapısına göre değişir. Sh. 166a’daki (Tablo – 1)’de değişik bağlantı grupları ve manyetik yapılarına göre trafoların Z0/Z1 = Z0YA/ZYA oranları verilmiştir. Z0 = sıfır bileşen empedansı, Z = doğru bileşen empedansıdır. Ayrıca tabloda yüksek gerilim sargısı-nötr (ZYN), alçak gerilim sargısı-nötr (ZAN) değerleri de verilmiştir. Tablo – 1’de sıfır bileşen empedansları verilen trafoların manyetik çekirdeklerinin 3 bacaklı olduğu kabul edilmiştir. Tabloda Ynd bağlantı grubuna haiz yıldız-üçgen sargılı trafoda (c sırası) yıldız tarafından bakıldığında görülen sıfır bileşen empedansı ile doğru bileşen empedansı arasında Z0YN = 0.85 * ZYA bağıntısı vardır. Bilindiği gibi Z = R + jX ‘dir. Trafolarda R değeri çok küçük olduğundan genellikle ihmal edilir. Trafoların reaktansından (X) bahsedilir.

172

173

ÇEŞİTLİ BAĞLANTI GRUBUNA HAİZ TRAFOLARIN SIFIR BİLŞEN REAKTANSLARININ TESPİTİ Trafoların sıfır bileşen reaktanslarının bulunmasında aşağıdaki eşdeğer şemanın kullanılması pratik olarak mümkündür.

a) yüksek ger. tarafı ∆ ise kapalı, b) alçak ger. tarafı ∆ ise kapalı, c) yüksek ger. tarafı ise kapalı, d) alçak ger. tarafı ise kapalı.

Yüksek gerilim ile alçak gerilim sıfır bileşen empedansı Z0YA= ∞ Yüksek gerilim ile nötr gerilim sıfır bileşen empedansı Z0YN= ∞ Alçak gerilim ile alçak gerilim sıfır bileşen empedansı Z0AN= ∞ olur. Z0YN = ∞ görünse de Z0YN = 5 ZYA alınmaktadır.

174

Bu durumda sistemin ve Trafo – 1’in sıfır bileşen empedansı devre dışı kalmaktadır. Tr. 2’nin sıfır bileşeni dikkate alınmaktadır. Burada dikkat edilecek husus Trafo 2’nin ZAN değerinin (ki oda ZYA’ya eşittir) kullanılmasıdır. (Sh. 166a f sırası).

175

TRANSFORMATÖRLERDE ARIZA AKIMININ DAĞILIŞI (TABLO 2 Sh. 166 d) Transformatörlerin sekonder devrelerinde olan bir faz toprak arızasında primer tarafında nasıl bir akım oluşturduğu bilinmeli ve bu arızalarda hangi rölelerin çalışabileceği doğru etüt edilmelidir. Örneğin DYn bağlı bir trafo sekonderindeki bir faz toprak arızasında sekonder sargıdaki ve primer taraftaki akım dağılışı (Tablo – 2 Sh. 166 d)’de görülmektedir. Bu arızada primer tarafta üçgen sargının şekline göre sadece iki fazdan akım geçmekte iken sekonder tarafta sadece arızalı fazın bağlı olduğu fazla toprak arasında akım dolaşmaktadır. O halde sekonder tarafta toprak rölesi çalıştığı halde primer tarafta toprak rölesi çalışmaz. Buna karşılık her iki fazın aşırı akım rölesi çalışacaktır. Tipik bir örnekte yine Tablo 2’de YNd tipi bir trafonun sekonderi izole bir sistem iken YNd tipi bir trafo ile topraklı sisteme dönüştürülmesi görülmektedir. Bu devrede sekonderdeki faz toprak arızası akım röleleri ile tespit edilebilir. YNyn tipi trafolarda faz toprak arızasında hem primer hem sekonder sargıda sadece arızalı faza ait sargılardan akım akarken YNyd tipi tersiyer sargılı trafolarda aynı arıza şeklinde Tablo 2’de görüldüğü gibi primer tarafta akımlar diğer sargılardan da geçmektedir. 6.4. Trafoların Sıfır Bileşen Reaktanslarının Fiziki Anlamı Bundan evvelki bölümlerde trafoların sıfır bileşen reaktanslarının şebekede temsili ile ilgili örnekler verilmişti. Burada ise, trafoların sıfır bileşen reaktanslarının fiziki anlamı, bazı örnekler verilerek daha geniş bir şekilde açıklanacaktır. Şekil – 13’te yıldız noktası direkt topraklı olan yıldız/ üçgen bağlı bir trafo, yine yıldız noktası topraklı olan bir generatör sistemine bağlıdır. Şekilde gösterilen P noktasında meydana gelecek bir faz toprak arızasında (Şekil – 21 I’daki gibi), arıza akımlarının sıfır bileşen değerlerinin trafoda dağılımı, Şekil – 14a’da verilmiştir. A, B, C fazlarından geçen I0 arıza akımları aynı fazda olduğundan nötrden 3I0 olarak generatöre dönerler. Bu akımlar, belli bir çevirme oranıyla trafonun üçgen sargısında I0 akımlarını endükler.

176

177

Bu akımlar da aynı fazda olduklarından üçgen sargı içinde dolaşırlar ve sargı dışına çakamazlar (burada yük akımları ihmal edilmiştir). Şekil – 14 b’de gösterilen duruma göre I0 akımları, sekonderde kısa devre gibi görülür. Eğer bu trafonun doğru bileşen (X1) reaktansı tanımlamak istenseydi, üçgen sargı çıkışında yapılacak üç fazlı kısa devrede, trafonun yıldız ve üçgen sargılardan buna benzer akımlar geçecekti.

Şekil – 13 Şekil – 14

Dolayısıyla bu durum, üç fazlı kısa devreye eşdeğer olduğundan, X0 = X1 alınmaktadır. X0 sıfır bileşen reaktansının tanımlanabilmesi için trafonun sekonder sargısında oluşacak zıt yöndeki I0 akımlarının, mümkün mertebe kaçak manyetik akıları yok etmesi lazımdır. I0 akımları ne kadar küçük olursa, X0 sıfır bileşen reaktansı o nispette büyük olacaktır. Trafoda, kazandan akan kaçak manyetik akılar büyüdükçe X0 değeri de büyür. Yıldız/Üçgen bağlı trafolarda, sekonder sargı üçgen olduğundan I0 akımı en büyük değerde olup, trafonun X0 reaktansı küçüktür. Çünkü kaçak manyetik akılar küçülmüştür.

178

Şekil – 15

Şekil – 15’de verilen yıldız/yıldız bağlı trafolarda, P noktasındaki faz-toprak arızasında, trafonun sekonder sargısı nötrü topraklı yıldız olmasına rağmen, bu sargılarda zıt yönde dolaşacak I0 gibi akımlar meydana gelemeyeceği için P’den trafoya bakıldığında görülen X0 reaktansı büyüktür. Üç bacaklı trafolarda bu değer için yaklaşık X0 = 5 . X1 alınabilir, (X1; trafonun % Uk’sından bulunan doğru bileşen reaktansıdır). Beş bacaklı ve mono-faze trafolarda bu değer çok büyüktür. Yaklaşık olarak (10/100). X1 değerindedir. Çünkü bunlarda kaçak manyetik akılar çok büyüktür. Bk.Sh.-166a Tablo–1. 7. SİSTEMLERİN ÖZELLİKLERİNİ GÖSTEREN KRİTERLER Yüksek gerilimli güç sistemleri üç bölümde tanımlanır. 7.1. Efektif (Direk) Topraklı Sistemler Bunlara etkin topraklı sistemler de denilir. Bir sistemde, eşdeğer sıfır bileşen reaktansının, eşdeğer doğru bileşen reaktansına oranı;

X0eş R0 ------------ ≤ 3 ve ------------ ≤ 1 ise,

X1eş X1eş

Bu sistem efektik topraklı olarak tanımlanır. Şekil –16’daki örnekte B barasından bakıldığında; X0eş = 120 + % 7’dir. (Trafo üçgen/yıldız olduğundan doğru, ters ve sıfır bileşen değerleri eşit alınmıştır).

Şekil – 16

179

Trafonun diğer sargısı üçgen olduğundan, A-B bölgesindeki faz-toprak arızaları, generatör bölgesine geçmez. X1eş = % 34 + % 7 + % 25’dir. X0e.ş. % 127 ---------- = ----------- = 1,92 ≤ 3’dür. X1e.ş. % 66 R0 ise büyük ölçüde trafo nötrü ile toprak arasındaki direncin değerine bağlıdır. Burada nötr noktası direkt topraklandığından R0 = 0’dır. Dolayısıyla bu kriter de sağlanmış olur. (Genelde 3RN = R0 alınabilir, yani bu sistemin topraklama direnci çok küçük kabul edilir). Onun için bu sistem efektif topraklıdır. 7.2. Direnç veya Reaktans Üzerinden Topraklı Sistemler

Şekil – 17

Şekil – 17’de gösterildiği gibi; yükseltici trafonun yıldız noktası, RN gibi bir direnç üzerinden topraklanırsa;

3RN -------- > 1 X1 olabilir ve bu durumda sistem artık efektif topraklı özelliğini kaybeder. Aynı trafonun yıldız nötrü, bir XN reaktans bobini üzerinden topraklanırsa (Şekil – 18) örneğin A noktasından bakıldığında, sıfır bileşen için; X0e.ş.- Xotr + 3XN olarak alınmalıdır. X1eş = X1tr + X1g ‘dir. X0 Xotr + 3XN ------ = --------- + ---------- > olursa, sistem etkin topraklı özelliğini kaybeder. X1 X1tr X1g

180

Şekil – 18

7.3. İzole (Yalıtılmış) Sistemler

Şekil – 19

Şekil – 18’de verilen trafonun yıldız nötrü yalıtılarak boşta bırakılırsa Şekil – 19, A B bölgesindeki faz-toprak arızalarında, akımlar devrelerini tamamlayamadıkları için, arıza akımı geçmez ve sistem izole olarak tanımlanır. Eğer bu trafo, yaygın bir yer altı kablo şebekesini veya uzun havai hatları besliyorsa; fazların toprağa göre olan C0 kapasitesi etkili olur (Şekil –20). Bu şebekede meydana gelecek faz-toprak arızalarında bu kapasitelerin sınırladığı kapasitif arıza akımları geçer. Bu akımların değerleri, efektif topraklı sistemlerdeki gibi büyük değerlerde değildir. Termik etkileri genelde ihmal edilir.

181

Şekil – 20

8. ARIZA TİPLERİ Yüksek gerilimli şebekelerde meydana gelen arıza tipleri, Şekil – 21’de şematik olarak gösterilmiştir. Şebekeyi meydana getiren generatör, hat ve trafo gibi elemanlar, bu arıza tiplerine göre farklı empedans gösterirler. Bunların hangi tip arızada nasıl bir empedans göstereceği aşağıda verilen tabloda açıklanmıştır;

Arıza Tipi Gösterilen Empedans Faz-Toprak : (Z1 + Z2 + Z0) Faz-Faz : (Z1 + Z2) Faz-Faz-Toprak : Z2 . Z0

(Z1 + ----------) Z2 + Z0

Üç Fazlı : (Z1) Eğer trafonun yıldız noktası ile toprak arasında bir RN direnci veya XN reaktansı varsa, tabloda verilen toplama, 3RN veya 3XN olarak ilave edilmelidir. Bu tabloda verilen değerleri; sistemin, doğru (Z1), ters (Z2) ve sıfır (Z0) bileşen empedanslarıdır. Omik dirençler ihmal edilerek trafo ve Y.G. hatları için, Z1 = X1, Z2 = X2, Z0 = X0 alınabilir.

182

Şekil – 21

9. FAZ TOPRAK ARIZALARINDA TOPRAK AKIMLARININ DAĞILIŞI Sisteme bağlı olan çeşitli bağlantı grubundaki trafoların beslediği fiderlerde meydana gelen faz-toprak arızalarında, sıfır bileşen denilen toprak akımlarının dağılışı çeşitli şekillerde olur. Bunlarla ilgili olarak tek yönlü besleme durumu için aşağıda bazı örnekler verilmiştir. a. (∆ / λ) Trafo Halinde: Şekil – 22’de verilen üçgen/yıldız trafoda, yıldız sargı çıkışında C fazı toprak arızası olduğunda, kaynağa bağlı olan üçgen sargıda, bu akım, faz arası akıma dönüşerek kaynaktan dolaşır. k = U2 / U1 trafonun gerilimleri arasındaki çevirme oranıdır. Generatör yıldız noktasının topraklı olup olmadığı göz önüne alınmaz.

183

Şekil – 22 b. (λ / λ) trafo Halinde: Kaynak tarafı direkt topraklıysa, bu bölümden de toprak akımı dolaşır (yük akımları ihmal edilmiştir). Trafonun U1 gerilimli sargısının yıldız noktası yalıtılmış olsaydı, bu akım dolaşamayacak ve trafo bu arızaya karşı büyük bir X0 (sıfır bileşen) reaktansı gösterecekti. Bu durumda trafonun sıfır bileşen reaktansı, arıza noktasından, X0tr = X1tr olarak görülür. Çünkü bütün yıldız noktaları direkt topraklıdır.

Şekil – 23

c. (λ / Δ) Trafo Halinde: Kaynak tarafı topraklı ve trafo çıkışı üçgen ise; üçgen sargı çıkışında arıza olduğunda, X0 = ∞ olduğundan topraktan arıza akımları geçmez. Kaynakla trafo arasında meydana gelecek faz arızasında ise toprak akımlarının dağılışı Şekil – 24’de verilmiştir. Sekonder üçgen sargıda endüklenen akımlar, sargı içinde dolaşmaktadır. Zıt akımlardan dolayı arıza noktasından trafoya bakıldığında; X0tr = X1tr alınır.

184

Şekil – 24

10. FAZ-TOPRAK ARIZALARINDA GERİLİMLERİN DURUMU Şekil – 25’de yıldız noktası izole (yalıtılmış) olarak çalışan bir generatör verilmiştir. Boşta (kesicisi açık) çalışan bu generatörün C fazı direkt olarak toprağa temas ederse; arızanın olduğu noktadaki gerilim VP = 0 olur. Bu durumda, generatör sargılarının toprağa göre gerilimleri, arıza öncesine göre farklı olur; yıldız noktası (N), topraklı olmadığından dolayı, bu noktayla P noktası (yani toprak) arasında faz-nötr gerilimi olacaktır. A veya B ile P arasındaki gerilimler, Şekil – 26’daki gibi faz arası gerilim değerine çıkacaktır. Bu durum, nötr (yıldız) noktasının kayması şeklinde de tanımlanır. Sağlam fazlar olan A ve B fazlarının toprağa göre gerilimi √3 katı artar. Eğer yıldız noktası direkt topraklı olsaydı, bu takdirde C fazı sargısının gerilimi, arıza olduğunda, iki uçtan da topraklanmış olurdu. Sağlam fazların toprağa göre gerilimleri faz-nötr değerinde kalır ve nötr noktasında kayma olmazdı. Trafoların izole sargıları için de aynı prensipler geçerlidir.

Şekil – 25

185

Şekil – 26

11. TEK SİSTEMİNDE KULLANILAN NÖTR DİRENÇLERİ 11.1. Dirençlerin Tanımı ve Bağlantı Şekilleri TEK Sisteminde gücü 25 MVA ve daha büyük güçlü 154/35 kV trafoların 35 kV yıldız nötrü, direnç üzerinden topraklanmaktadır (Şekil – 27). Trafonun beslendiği fiderler kablo şebeke ise, RN direncinin değeri 20 Ω, havai hat ise 60 Ω olmaktadır. Bunun anlamı, faz-toprak arıza akımının, kablo şebekesinde 1000 A, havai hat şebekesinde ise 300 A değerine sınırlanmasıdır. Bu değerler, faz-nötr geriliminin, nötr direncinin değerine bölünmesiyle kolayca bulunabilir. Kablo şebekesi için, V 35/√3 I = ----- = ------------ = 1 kA = 1000 A, R 20 havai hat şebekesi için, V 35/√3 I = ----- = ------------ = 0,3 kA = 300 A olur. I 60

Şekil – 27

İstasyonda birden fazla trafo varsa, müşterek bir nötr direnci Şekil – 28’deki gibi bağlanır. Hangi trafoya bağlı fiderden arıza gelirse gelsin, arıza akımı, dirençten geçerek sınırlanır.

186

11.2. Dirençlerin Koruma Tertipleri direnç koptuğu takdirde, 35 kV kısım izole sisteme dönüşecek ve fiderlerden gelecek faz-toprak arızalarında; fiderlerin faz ve toprak aşırı akım röleleri çalışmayacaktır. Bu durumu algılayabilmek için, Şekil – 29’da (1) ile gösterilen bir adet mono-faze gerilim trafosu kullanılır. Faz-toprak arızasında (direnç kopmuş veya kopmamış olsun) direncin uçlarına 35000 / √3 V = 20.000 V gerilim gelir.

Şekil – 28

Şekil – 29

187

Gerilim trafosu, (35/√3) / (0,1/√3) kV veya 35/0,1 kV (çift buşingli) olabilir. Röleye her iki durumda da 100/√3 = 58 V civarında bir gerilim gelir. t = 1/5 sn. sonunda, sinyal ile birlikte trafo devreden çıkarılır. Şekil – 29’da (2) ile gösterilen akım trafosunun değeri; 20 Ω’luk direnç için 1000/5 A, 60 Ω’luk direnç için 300/5 A seçilir. Buna bağlı olan aşırı akım rölesinin ani ünitesi, Iç = 6 A tepine ayarlanır. Direnç normalse fiderden gelecek faz-toprak arızasında, direncin değerine göre, en fazla, 300 veya 1000 A geçecektir. Bu rölenin ayarı ise 360 veya 1200 A’dir. Dolayısıyla normal hallerde çalışmaz. Ancak direncin değeri küçülürse (dirençte bir kısa devre varsa) daha büyük akım geçeceğinden röleyi çalıştırır. Eğer bu rölenin ayarı 5 A veya daha küçük yapılırsa, fiderden gelecek faz-toprak arızasında fiderle birlikte bu röle de çalışır ve gereksiz yere,trafoyu devreden çıkarır. Aşırı akım rölesinin zamanlı ünitesinin ayarı, Iç < 5 A yapılır tç, açma zamanı, fiderlerin zamanından büyük seçilir. Bu durumda fiderlerden gelecek toprak arızalarında, fider açmazsa, bu aşırı akım rölesinin zamanlı kontağı kapanarak trafoyu devreden çıkarır. Bunun için ani ve zamanlı kontakları ayrı olan bir röle kullanılması gerekir. 12. ŞEBEKELERİN BESLEME DURUMLARI Daha önce özellikleri anlatılmış olan efektif (direkt), direnç üzerinden topraklı ve izole (yalıtılmış) sistemlerin korunmasında göz önüne alınması gereken temel prensipler; tek ve çift yönlü besleme durumunda şebekede meydana gelecek faz-toprak arızalarında, akımların hat ve trafolara dağılışı ile bunların algılanması için gerekli olan koruma düzenlerinin bağlantı şekilleri açıklanacaktır. 12.1. Tek Yönlü Besleme Durumu a. Hat Başı (kaynak) Trafosunun İzole ve Hat Sonu (Dağıtım) Trafosunun

Primer Sargısının Direkt Topraklı Olması Hali:

Şekil – 30

188

Hattın C fazı ile toprak arasında meydana gelen arıza (F) noktasından bakıldığında, tr-1’in sargısı izole yıldız olduğundan, X0tr1 = ∞’dur. tr-2’nin sekonder sargısı üçgen ve yıldız sargısının primer nötrü direkt topraklı olduğundan, X0tr2 = X1tr2 = X2tr2 dir. Bütün sargılardaki I0 akımları aynı fazda olduğu için cebrik olarak toplanırlar. Şekil – 30’da verilen sistem için Şekil – 31’de sayısal bir örnek verilmiştir. Y-Y’ kesitine konulan üç adet akım trafosuna bağlanacak toprak rölesinden akım geçmez. Çünkü nötr akımı 147 + 147 - 294 = 0 dır. Buraya toprak rölesi koymak gereksizdir. Arızanın olduğu fazdan daha büyük akım geçmektedir. Trafo-1’i besleyen hattın (k = 1 alınırsa) A ve C fazlarından441/√3 = 255 A akım akar. Bu akımlar kaynaktan dolaşır. X-X’ kesitinde de nötr akımı sıfır olup, buraya konan toprak rölesi çalışmaz. Ancak A ve C fazlarına bağlı aşırı akım röleleri, akım ayarları bu değerlerin altındaysa çalışır . tr-2’nin yıldız girişindeki Z-Z’ kesitinde ise nötr akımı; 3 x 147 = 441 A dir. Buraya bağlı olan toprak rölesi çalışır .Bu nedenle Z-Z’ kesitinde toprak rölesi gereklidir.

Şekil – 31 b. Kaynak trafosu Topraklı ve Hat Sonu Trafosu İzole Olması Hali

(Şekil - 32): Trafo-2’nin sargıları, tamamen izole olduğundan; Xotr2=ω dur.

189

Şekil - 33

12. 2. İki Yönlü Besleme Durumu Şekil-34 a’da verilen çift yönden beslenen sistemde, nötr akımı tr-1’in yıldız sargısında Y-Y’ de daha büyüktür. tr-1ve tr-2 yıldız sargılarına birer toprak rölesi mutlaka konulmalıdır. Yıldız nötrlerinden biri açılırsa, izole olan yıldız sargı çıkışındaki sağlam ve arızalı fazdaki akımların toplamı sıfır olacak ve bu şartlarda nötr akımı geçmeyecektir.

Şekil –34

190

13. SİSTEMLERİN KORUNMASINDA GENEL PRENSİPLER 13.1. (Direkt) Efektif Topraklı Dağıtım Şebekeleri Şekil – 35’de üç fiderin ucuna değişik bağlantı gruplarında üç çeşit dağıtım trafosu bağlanmıştır. Fiderlerden birinde meydana gelecek faz-toprak arızalarında, arıza noktasından bakıldığında, tr-3 ün sekonder sargısı üçgen olduğundan en küçük (Xo) sıfır bileşen reaktansını bu trafo gösterir. tr-2’nin primer sargısı üçgen olmasına rağmen, sargılarının topraklama teması neticesinde geçecek olan arıza akımı , bu trafoyu servis dışı bırakmalıdır. Aksi halde Fd-2’nin hat başındaki toprak rölesi çalışacaktır. O.G. (Orta gerilim barası, örneğin 35 kV ve daha altı)’den çıkan fiderlerin minimum koruma düzeni, (iki aşırı akım+toprak) düzenidir. Üç aşırı akım ve bir toprak rölesi de konulabilir. Radyal olmasına rağmen faz-toprak arıza akımlarında seçici bir çalışma sağlayabilmek için bazen fider çıkışlarındaki toprak röleleri yönlü yapılır.

Şekil – 35 13.2. Direnç Üzerinden Topraklı Dağıtım Şebekeleri Fiderlerde minimum olarak (2 aşırı akım+toprak) düzeni kullanılır. Yalnız toprak rölesinin akım ayarı, 300 veya 1000 A’e göre yapılmalıdır.

191

Bu tip sistemlerde göz önüne alınması gerekli olan en mühim nokta, hat sonu dağıtım trafolarının primer sargılarının üçgen veya nötrü yalıtılmış yıldız olması gereğidir. Faz-toprak arızasında RN direncinde faz nötrü gerilimi meydana gelmektedir. Eğer hat sonundaki dağıtım trafosunun bağlantısı yıldız/yıldız ve primer sargı nötr noktası da direkt olarak topraklıysa, bu trafonun sağlam iki faz sargılarına faz arası gerilimi gelir ve sargıları izolasyon bakımından zorlar. Bunu önlemek için trafonun primer yıldız nötrü izole edilip, bir parafudr üzerinden topraklanır.

Şekil – 36

13.3. İzole (Yalıtılmış) Dağıtım Şebekeleri a. Faz-Toprak Arızalarında Akımların Dağılışı: Şekil – 37’de, orta gerilim dağıtım şebekesi, trafonun üçgen sargısından beslenmekte olup, yalıtılmış bir sistemdir. Burada fiderler, yaygın bir yer altı kablo şebekesi veya toplam uzunlukları çok fazla olan bir havai hat şebekesi ise; her fazın toprağa göre olan C0 kapasitesi etkili olur. Bu nedenle, bu sistemin, normal toprak röleleriyle korunması kolay değildir. Bir fiderden gelen arızada, sağlam fiderler de kendi toprak rölelerinden açabilirler. Arıza noktasından dağılan toplam arıza akımını büyük çapta C0 kapasiteleri belirler. Fiderlere yönlü toprak röleleri bağlanmakla seçicilik sağlanır. Ancak bu tertipler de kısa hatlarda (C0’ın küçük olduğu hallerde), iyi netice vermez. Bu durumda, şekilde V0 ile gösterilen rezidüel gerilim koruması kullanılır.

192

Şekil – 37

b. Tek Fider Hali: Böyle bir arızada, akım dağılışı, Şekil – 38’de gösterilmektedir. Arızalı olan C fazının C0 kapasitesi kısa devre olmaktadır. Sağlam fazlardan geçen Ia(c) ve Ib(c) kapasitif akımları arasındaki faz açısı 600’dir. (X) noktasında nötr akımının değeri teorik olarak sıfır ise de, bazı kaçaklardan dolayı belli bir dengesizlik akımı akabilir; fakat buna dayanılarak toprak rölesi kullanmak doğru değildir.

Şekil – 38

193

c. Çok Fider Durumu (Şekil – 39) : Eğer aynı baraya bağlı birden fazla fider varsa; örneğin III nolu fiderde meydana gelecek faz-toprak arızasında, yalnız bu fiderin değil arızanın olmadığı I ve II nolu fiderlerin de C0 kapasiteleri etkili olur. Arıza akımları, bu sağlam fiderlerin de kapasitelerinden geçerek, arıza noktasına dönerler. Bu tip arızalarda, toprak rölelerini doğru ve seçici olarak çalıştırmak güçtür. Yaygın bir kablo veya uzun bir havai hat şebekesi varsa fiderlere kapasitif akıma göre dizayn edilmiş yönlü toprak röleleri konulması önerilir.

Şekil – 39

13. FAZ-TOPRAK ARIZALARINDA GERİLİMLER İzole sistemlerde faz-toprak arıza akımlarının algılanması zordur. Buna mukabil arıza noktasında ve kaynak tarafında meydana gelen gerilim değişimlerine göre, koruma dizaynı daha basit olur. Şekil 40’da gösterilen trafonun izole sargısından beslenen baraya üç adet mono-faze gerilim trafosu bağlanır ve ortak nötr topraklanır. F noktasında, C fazı ile toprak arasındaki arızada, gerilim trafolarındaki değişimler şöyle açıklanabilir: C fazı ünitesinin gerilim trafosu sargılarındaki gerilim sıfırdır. Yıldız noktasına, C faz gerilimi gelir ve sağlam faz sargılarına VB-C ve VA-C faz arası gerilimleri gelmektedir. Arızasız halde, açık üçgen sargı uçlarına bağlı olan rezidüel gerilim rölesine gelen 3V0 = Vrez gerilimi takriben sıfırken, faz-toprak arızasında, nötr noktası kayması nedeniyle, 3V0 = Vrez = 100 voltluk bir gerilim gelir. Buradaki gerilim rölesi çalışır. Arızanın hangi fiderden geldiği anlaşılmadığından, burada röleden sadece sinyal alınır. Geçici hallerde sık sık çalışmaması için rölenin kontağı 3-5 sn.’lik gecikmeyle kapattırılır ve sinyal silinemiyorsa, faz-toprak arızasının kalıcı olduğu anlaşılır. Burada bilinmesi gerekli olan en mühim özelliklerden biri de; gerilim trafolarının primer sigortalarından birinin atması veya açılması durumunda röleye gelecek rezidüel gerilimin ne olacağıdır. Sistemin toprağa göre olan kapasiteleri ihmal edilirse, teorik olarak açık üçgen sargı uçlarında rezidüel gerilim meydana gelmez. Ancak yüksek gerilimli şebekelerde her fazın toprağa göre eşdeğer bir kapasitesi vardır ve bu yüzden rezidüel gerilim rölesine, yaklaşık, sistemin faz-nötr gerilimi değerinde bir gerilim gelir.

194

Şekil – 40

14. FERRO – REZONANS OLAYI İzole bir trafonun beslediği bara, boşta devreye alındığında bazen faz-toprak arızası varmış gibi rezidüel gerilim rölesi çalışarak devamlı sinyal verir. Bu çalışmanın olabilmesi için, sistemin faz başına C0 kapasitesinden bulunan kapasitans değerinin, baraya bağlı olan gerilim trafolarının beher ünitesinin mıknatıslama reaktansına oranının belli değerler içinde kalması gerekir. Bunun olup olmayacağını hesap yöntemiyle tespiti zordur. Ancak böyle bir durum ortaya çıktığı zaman baraya bir miktar yük verildiğinde sinyal siliniyorsa, adı geçen olay var demektir. Rezidüel gerilim rölesinin uçlarına 100 Watt civarında bir yük direnci bağlandığında, bu yanlış çalışmanın önüne geçilebilir. 15. PARAFUDR SEÇİMİ Şebekede kullanılacak parafudrların minimum nominal gerilimi için şu kriterler kullanılır: • Direkt (Efektif) Topraklı Sistemlerde:

Vmin.nom = 1,1 x 0,8 x Vnom (kV) Örnek : Vnom = 35 kV sistemde, Vmin.nom = 1,1 x 0,8 x 315 = 30,8 = 31 kV olmalıdır. • İzole (Yalıtılmış) Sistemde:

Vmin.nom = 1,1 x Vnom (kV) Örnek: Vnom = 33 kV sistemde, Vmin.nom = 1,1 x 33 = 36,3 = 37 kV seçilmelidir. • Direnç Üzerinden Topraklı Sistemde: İzole sistem gibi kabul edilerek, parafudrlar, 1,1 x Vnom olacak şekilde seçilir.

195

ÖLÇÜ ALETLERİ ve ÖLÇME 1. GENEL Birbirleriyle karşılaştırılıp, karşılaşma sonucu sayısal olarak değerlendirilebilen nesnelere fiziksel büyüklük (kısaca büyüklük) denir. Söz konusu edilen karşılaştırma eylemine de ölçme denir. Yani ölçme aynı cinsten büyüklüklerin karşılaştırılmasıdır. Her büyüklüğün bir boyutu vardır. Her boyutta bir birim ile ifade edilir. Birbirlerinden türetilmeyen (birbirlerinden bağımsız) büyüklükler topluluğuna temel büyüklükler, bunların birbirlerine de temel birimler denir. Bütün öteki birimler temel birimlerden türetilir. Bunlara da türev birimler adı verilir. Temel birimler ile bunlardan türetilen türev birimler bir birim sistemi oluşturur. MKSA birim sisteminde temel büyüklükler sırasıyla uzunluk, kütle, zaman ve akımı; temel birimlerde bu büyüklüklerin birimleri olan metre, kilogram, saniye ve amperdir. Elektriki büyüklükleri ölçen aletler genel olarak ölçtüğü büyüklüğün biriminden ad alır. Akım şiddeti birimi amper, akım şiddetini ölçen alet Ampermetre gibi. Şimdi bu durumu Tablo – 1’de de açıklayalım.

ELEKTRİKİ BÜYÜKLÜK İŞARETİ BİRİMİ BİRİM

İŞARETİ ÖLÇÜLDÜĞÜ

ALET Akım Şiddeti I Amper A Ampermetre

Gerilim U Volt V Voltmetre

Direnç R Ohm. Ω Ohmmetre

Aktif Güç P Vat W Watmetre

Reaktif Güç Q Var VAr Varmetre

E. Enerjisi E Vat – saat Wh. Sayaç

Frekans F Hertz Hz Frekansmetre

Güç Faktörü Cos Ø Kosinüsfimetre

Faz Farkı Derece ... 0 Fazmetre

Bazı elektiriki büyüklükler ve bunların ölçüldüğü alet tablosu.

Tablo – 1

196

Her elektriki büyüklüğün bir birimi vardır. Bu birimler ile teknik ihtiyaçların karşılanmasında bazı durumlar için çok küçük, bazı durumlarda ise çok büyük sayısal değerler vermek gerekir. İşte bu sebeplerle birim; belirli bir katsayı dizisi ile bölünerek veya çarpılarak birimlerin ast ve üst katları bulunur. Elektriki birimlerin ast ve üst katları bulunmasında binli katsayı dizisi kullanılır. (Tablo – 2)

Binli katsayı dizisi Üst Katlar 1.000.000.000 . x = 109 . x = Giga x 1.000.000 . x = 106 . x = Mega x 1.000 . x = 103 . x = kilo x Temel birim (X)

Ast Katlar 0,001 . x = 10-3 . x = mili x 0,000001 . x = 10-6 . x = mikro x 0,000000001 . x = 10-9 . x = nano x 0,000000000001 . x = 10-12 . x = piko x

Tablo – 2

Tablo – 2’de görüldüğü gibi birimin üst katları kilo, Mega, Giga; as katları ise mili, mikro, nano, piko diye isimlendirilir. Kilo hariç üst katlar büyük harfler ile, as katlar ise küçük harfler ile gösterilir. 2. ÖLÇMENİN TEMEL İLKELERİ 2.1. Etki Herhangi bir düzene ilişkin herhangi bir büyüklüğün o düzene etkimeksizin ölçemeyiz. Bu etki ölçme düzeninin ölçülecek düzenden W gibi bir enerji alması (vermesi) yada P gibi bir güç çekmesi (vermesi) şeklinde olur. Ölçme aletlerine, sadece nominal ölçme sınırında ölçme yaparken tükettikleri güç yada enerji verilir. Ölçme aleti bir voltmetre ise, bu güç yerine nominal ölçme sınırı olan gerilimi ölçerken ölçülecek devreden çekeceği akım verilir; ampermetre için ise nominal ölçme sınırı olan akımı ölçerken devrede meydana getireceği gerilim düşümü verilir. Çok kere de, gerek voltmetre olsun ve gerekse ampermetre olsun, sadece aletin iç direnci verilir. Bu aletlerin ölçülecek devreye az etkimesi için voltmetrelerin devreden

197

çekecekleri akımların küçük olması, ampermetrelerin ise devrede meydana getirecekleri gerilim düşümlerinin küçük olması gerekir. Bunun için voltmetre dirençlerinin büyük, ampermetre dirençlerinin küçük olması gerekir. Örnek 1: 500 Ω/V’luk değişik sınırlı bir voltmetre, hangi nominal ölçme sınırında çalışırsa çalışsın, nominal ölçme sınırındaki bir gerilimi ölçerken devreden

1 V ------- . -------- = 2mA 500 Ω

akım çeker; bu voltmetre 150 Voltluk bir voltmetre ise iç direnci

Ω 500 -------- x 150 V = 75000 Ω ya da, V

150 V -------- = 75000 Ω demektir. 2 mA

Bu voltmetre 150 V değerinde bir gerilim ölçerken devreden, P = 150 V x 2mA = (150V)2 / 75000 Ω = 0,3 W güç çeker. Örnek 2 : Değişik sınırlı bir ampermetre, herhangi bir nominal ölçme sınırında çalışırken devrede meydana gelen gerilim düşümü 0,1 V olsun. Bu ampermetre 5 A’lık nominal ölçme sınırında çalışıyorsa iç direnci,

0,1 V ---------- = 0,02 Ω dur ve 5 A değerinde bir akım ölçerken devreden, 5 A

P = 0,1 V x 5 A = (5 A)2 x 0,02 Ω = 0,5 W güç çeker.

2.2. Hata Ölçülecek büyüklüğü hatasız ölçemeyiz. Yani bir büyüklüğün gerçek değeri hiçbir zaman tam doğru olarak belirlenemez. Demek ki ölçtüğümüz X değeri ölçülmek istenen büyüklüğün belirsiz Xg gerçek değerinden gene belirsiz bir Xh hatası kadar farklıdır. Yani, X = Xg + Xh dır. Buradan, Xh = X - Xg olarak bulunur. Bilinemeyen bu Xh hatasının mutlak değerinin üst sınırı x ise;

198

x Xh = X - Xg olacağından, X - x < Xg < X + x olarak Xg’nin bulacağı aralık kolaylıkla çıkarılabilecektir. Hatanın mutlak değerinin üst sınırı olan x ölçülen büyüklük ile aynı boyuttan olup aynı birimle ifade edilir. Ve çok kere kısaca mutlak hata diye anılır. Fakat bu mutlak hata, ölçme sonuçlarının hata yönünden kötülük derecesi ile ilgili bir bilgi veremeyeceğinden dolayı, söz konusu olan değerin büyüklüğüne bölünerek bağıl bir büyüklük halinde verilir. Yani söz konusu büyüklüğün değeri olarak X ölçme sonucu alınarak tanımlanan x Є = -------- bağıl büyüklüğüne bağıl hata sınırı denir. X Hata yönünden ölçme işleminin kötülük derecesinin çok iyi bir ölçüsü olan yukarıdaki orana bazen kısaca bağıl hata ya da çok kısa olarak sadece hata denir ve çok kere yüzde olarak ifade edilir. Döner göstergeli ölçü aletlerinin hemen hemen hepsinin, verilebilen yapım hatası sınırı bir mutlak hatadır. Fakat, mutlak değeriyle verilen yapım hatası sınırı, ölçme sınırları farklı olan aletlerin doğruluk derecelerini göstermeyeceğinden dolayı, yukarıda da izah edildiği gibi, bu mutlak yapım hatası sınırı aletin nominal ölçme sınırına bölünerek elde edilen bağıl değer verilir ve boyutsuz değerin 100 ile çarpımına aletin sınıfı denir. Örneğin mutlak yapım hatası sınırı 0,1 V olan 100 Voltluk bir voltmetre, mutlak yapım hatası sınırı gene 0,1 V olan 10 Voltluk bir voltmetreden daha doğrudur. Çünkü birinci voltmetrenin sınıfı, 0,1 -------- x 100 = 0,1 olup, ikinci voltmetrenin sınıfı ise, 100 0,1 ------- x 100 = 1 ‘dir. 10 Ayrıca bu bağıl hata, aletin göstergesi skalanın sonlarına kadar saparak bir değer ölçümü yaparken doğrudur. Örneğin 0,2 sınıfından bir ölçme aleti ölçme sınırı kadar bir değeri ölçerken ölçtüğü değerin % 0,2’si kadar bir bağıl hata sınırı ile ölçme yaptığı halde, ölçme sınırının yarısı kadar bir değer ölçerken mutlak yapım hatası sınırı yine aynı kalıp, ölçtüğü değerin % 0,4’ü kadar bir bağıl hata sınırı ile ölçme yapmaktadır. Bu yüzden göstergeli ölçme aletleriyle ölçü yaparken, hep skalasının son taraflarında ölçme yapmaya ve böylelikle, ölçmedeki bağıl hata sınırı küçük tutulmaya çalışılır.

199

2.3. Gecikme Bir ölçme düzeni, girişinden kendisine etkiyen ve ölçülecek olan x büyüklüğünü, çıkışında gözlenebilen y büyüklüğüne çevirir. Örneğin, Şekil – 1’deki gibi, bir göstergenin dönme açısına çevirir. Ölçme düzenine x büyüklüğü uygulanır uygulanmaz, alet buna karşılık olan y değerini hemen göstermez; gösterebilmesi için ölçme düzeninin gecikme süresi adı verilen bir sürenin geçmesi gerekir.

Şekil – 1 Ölçme düzeni y = f (x) bağlılığını gecikmeyle sağlar.

Hareketli parçaları bulunan ölçme aletlerinin gecikmeleri birkaç saniye kadardır. Bu gecikme sebebiyle ölçülen büyüklüğün ani değerini göstermesi gereken ölçme aletleri (döner bobinli ölçü aletleri gibi) ölçülen büyüklüğün ortalama değerini gösterir. Gene ölçülen büyüklüğün ani değer karesinin değişimini izlemesi gereken ölçme aletleri (elektrodinamik ölçü aletleri gibi) bunun ortalaması olan efektif değer karesiyle orantılı bir değer gösterir ve alet efektif değeri gösterecek şekilde ölçeklenir. 3. ÖLÇÜ ALETLERİNE AİT TEMEL TANIMLAR 3.1. Ölçme Alanı Ölü aletlerinin ölçebileceği en büyük ve en küçük değerler arası o ölçü aletinin alanını tayin eder. Burada hemen şunu ilave edelim ki; bazı ölçü aletlerinin skalası başlangıçta sık, orta ve son kısımlarda düzgün taksimatlandırılır. Bunun tersi olarak bazı ölçü aletlerinde ise skala başlangıçta düzgün, son kısımlarda ise sıktır. Bu gibi durumlarda skalanın düzgün taksimatlı kısımları ölçme alanı olarak alınır.

200

Şekil – 2

Şekil – 2.a’da düzgün skala taksimatlı voltmetre, Şekil – 2.b’de skalanın baş tarafı sık taksimatlı ampermetre, Şekil – 3.c’de skalanın son tarafı sık taksimatlı voltmetre görülmektedir. 3.2. Ölçme Sınırı Ölçü aletinin skalasının son değeri o ölçü aletinin ölçme sınırını belirtir. Bu değer, ölçü aletinin ölçebileceği en büyük değerdir.

Şekil – 3

201

Şekil – 3.a’da ölçme hududu 15 A olan tablo tipi ampermetre, Şekil – 3.b’de ölçme hududu 750 V olan tablo tipi voltmetre görülmektedir. Kademesiz ön ve yan dirençsiz ölçü aletlerinde ölçme hududu sabittir. Kademeli ölçü aletlerinde kademe komütatörü değiştirilerek, bazı ölçü aletlerinde de ön ve yan dirençler kullanılarak ölçme sınırı artırılabilir. 3.3. Ölçü Aletinin Sınıfı Ölçü aletinin sınıfı ölçebileceği en büyük değerde % olarak yapacağı en büyük hatayı gösterir. Ölçü aletlerinin sınıfları 0,1-0,2-0,5-1-1,5-2,5 olarak normalize edilmiştir. 0,1-0,2 sınıfı aletler: Laboratuarlarda etalon aletler olarak kullanılırlar. Diğer aletleri etalon etmeye yararlar. (X) 0,5-1 sınıfı aletler: Hassas ölçmelerde kontrol aletleri olarak kullanılırlar. 1,5-2,5 sınıfı aletler: Endüstriyel ölçmelerde kullanılan tablo tipi aletlerdir. 1 sınıflı alet demek, bu alet yaptığı ölçmelerde ± % 1 hata yapar demektir. 1 sınıfı ölçme hududu 250 V olan voltmetre ile yapılan ölçmelerde en fazla ± 2,5 V hata yapar demektir. (X) Etalon Etmek: Skalası bozulan yahut yeni yapılan bir ölçü aletinin skalasının ölçeklenmesi lazımdır. Bu gibi aletler etalon aletlerle karşılaştırılır. Her iki aletle ölçme yapılır. Etalon aletin üzerinde okunan değer yeni aletin skalası üzerine işlenir ve deneye devam edilir. Yapılan bu işleme yeni aletin etalone edilmesi diyoruz. 3.4. Alet Sabitesi Ölçme aletinin birim sapmasına karşı ölçülen değere alet sabitesi denir ve

Aletin nominal ölçme sınırı Alet Sabitesi = ---------------------------------------------- Alet skalasındaki taksimat sayısı

bağlantısından hesaplanır.

202

4. ÖLÇÜ ALETLERİNİN SINIFLANDIRILMASI Ölçme aletlerini bir görüşe göre mutlak aletler ve sekonder aletler diye sınıflandırmak, daha başka görüşe göre de gösteren aletler, yazan aletler (yazıcılar) ve toplayıcı aletler diye tasnif etmek mümkündür. Gösterici aletlerde ibre her an ölçülen büyüklük ile ilgili sapma yapar. Yazıcı aletler, ölçülen büyüklüğün değerini kağıt üzerine işaretleyerek yazan ve büyüklüğün zamanla değişmesi halinde bu değişimin biçimini grafik halinde çizip gösteren aletlerdir. (Şekil – 4).

Şekil – 4

Kaydedici aletin ölçmeyi yapan kısmının gösteren aletlerden bir farkı yoktur. Şekil – 5.a’da kaydedici (üç faz) ampermetre ve Şekil – 5.b’de kaydedici megawatmetre görülmektedir.

Şekil – 5

203

Toplayıcı aletler ise ölçülen büyüklüğün zaman içindeki toplamını verir. Örneğin sayaçlar belirli bir zaman içindeki gücü toplayarak enerji olarak kaydeder (Şekil – 6 ).

Şekil – 6

Ölçme aletlerini sınıflandırmak için başka bir görüş yapılarına ve çalışma ilkelerine göre bir ayırım yapmaktır. Buna göre ölçme aletlerini iki büyük gruba ayırabiliriz. Çalışma ilkesi dinamik kanunlara dayanan ve hareketli parçası bulunan hareketli ölçme aletleri: Bu gruptaki aletler oldukça benzer özellik gösterdiklerinden dolayı 6 bölümde bunları tekrar kendi aralarında türlere ve tiplere ayırarak inceleyeceğiz. İkinci grup ölçme aletlerini birinci grubun dışında kalan aletler diye tanımlamak en doğrusu olacaktır. Bunların bir kısmı elektronik ölçme düzenleridir, bir kısmı dijital ölçme düzenleridir, bazıları ölçme köprüleridir; yada bunların da dışında özel ölçme düzenleri ve ölçme aletleridir. 5. ÖLÇÜ ALETİ ÜZERİNDEKİ İŞARETLER 5.1. Aletin İmalatçı Firması, Markası, Seri Numarası Ölçü aletinin üzerinde imalatçı firmanın adı yazılmış veya işareti yapılmıştır. Ayrıca her ölçü aleti üzerine seri numarası konur. 5.2. Aletin Ne Ölçtüğünü Belirten Harf A = Ampermetre V = Voltmetre gibi. 5.3. Aletin Sınıfı 0,5 = Ölçü aleti 0,5 sınıfı gibi

204

5.4. Aletin Kullanılma Durumu = Alet dik olarak kullanılacak. = Alet yatay olarak kullanılacak.

60 = Alet eğik olarak kullanılacak (Rakam eğiklik açısını belirtir). 5.5. Aletin Kullanılacağı Akım = Alet doğru akımda kullanılır, = Doğru ve alternatif akım için, = Üç faz üç telli alet (2 kalın 1 ince alternans) = Üç faz dört telli alet (3 kalın alternans) 5.6. Aletin Tipi = Döner bobinli ölçü aleti, = Döner bobinli redresörlü ölçü aleti, = Döner bobinli termo elemanlı ölçü aleti, = Döner bobinli termo elemanlı endirekt ısıtılmış ölçü aleti, = Çapraz bobinli ölçü aleti,

205

= Döner mıknatıslı ölçü aleti, = Çapraz mıknatıslı ölçü aleti,

= Yumuşak demirli ölçü aleti, = Çapraz demirli ölçü aleti, = Elektrodinamik ölçü aleti (demirsiz), = Elektrodinamik çapraz bobinli ölçü aleti (demirsiz), = Elektrostatik ölçü aleti, = Termik ölçü aleti, = İndüksiyonlu ölçü aleti, = Titreşimli ölçü aleti,

206

5.7. Aletin Muayene Gerilimi Ölçü aletinin muayene gerilimi, işletme geriliminin takriben 3 katı kadar olması usuldendir. Muayene gerilimi bir yıldız ve yıldız içerisinde bir rakam ile belirtilir. = Aletin muayene gerilimi 500 V.

2 = Aletin muayene gerilimi 2 kV (yıldız içerindeki rakam kV olarak muayene gerilimini gösterir).

5.8. Aletin Çalışma Frekansı

50 = Alet 50 frekansta kullanılır. 40-60 = Alet 40 ile 60 frekans arasında kullanılır. 5.9. Aletle Kullanılacak Ön ve Yan Dirençler ile Akım ve Gerilim Transformatörleri = Ölçü aleti ön direnci, 50/5A = Primer nominal akımı 50 a, sekonder 5 A olan akım transformatörü ile kullanılacak. 1000/100 V = Primer nominal gerilimi 1000 V sekonder 100 V olan gerilim transformatörü ile kullanılacak. 5.1. Aletin Sıfır Ayar Tertibatı = Sıfır ayar tertibatı.

207

6. HAREKETLİ ÖLÇME ALETLERİ 6.0. Hareketli Ölçme Aletlerinin Gruplandırılması ve Genel Özellikleri Bu aletler hareketsiz olan büyük bir parça ile, dönebilen küçük bir parçadan oluşur ve dönebilen parçaya, genel olarak, ölçülmek istenilen x büyüklüğünün bir fonksiyonu olan md = f (x) gibi bir döndürme momenti etkir. Bu moment örneğin akım taşıyan bir bobinin bir manyetik alanda maruz kalacağı elektromanyetik kuvvet etkisi olabilir veya potansiyelleri birbirinden farklı iki levha arasındaki elektrostatik kuvvet etkisi olabilir veya müşterek noktaları ısıtılan farklı iki maddenin uçlarında hasıl olan gerilim olabilir. Genellikle döndürme momentinin aletin hareketli kısmının ağırlığına nazaran büyük olması istenir. Hareket halinde bulunan parçaya dönme ekseni etrafında etkiyen md döndürme momentine şu üç moment karşı koyar. 1. Hareketli parçayı md = 0 halinde karşılık olan denge konumuna çekmeye

çalışan mk kontrol momenti: Genel olarak kontrol momenti spiral şeklinde sarılmış yaylarla sağlanır (Şekil – 7).

Şekil – 7

Yayın bir ucu hareketli kısma, diğer ucu ise sabit kısmına tespit edilmiştir. Çalıştırma momenti sebebi ile hareketli kısım dönünce yay kurulur ve dönme hareketini frenler. Kontrol momentinin daha iyi sağlanması için birbirine zıt yönlü çift yay kullanılır ve hareketli kısma akım bu yayalar vasıtası ile verilir. Her hangi bir t anında, hareketli parçanın sıfır konumundan itibaren sapma miktarı, yani dönme açısı y = y (t) olsun. Yayın burulma sabitesi (elastiklik katsayısı) c ise y kadar dönen parçayı geri çeken kontrol momenti

Mk = cy olur.

208

2. Hareketi söndürmeye çalışan ms sönüm momenti: Aletin hareketli parçasının salınımlarını önler, dolayısıyla sönüm momenti hareketli parçanın hızı ile doğru orantılıdır. Yani hareketli parçanın hızı büyük iken sönüm momenti büyük, hareket sıfır olduğunda ise sönüm momenti de sıfırdır. Sönüm sabitesi b olsun. Dönme hızı dy/dt olduğuna göre sönüm (amortisman) momenti dy ms = b x ---------- olur. dt Amortisman momenti birkaç şekilde sağlanır. Bunlardan elektromanyetik amortisman (fuko fren sistemi) aşağıda anlatılmıştır. Şekil – 8’de görüldüğü gibi mıknatıslanmayan bir metalden yapılmış disk aletin hareketli parçasına tespit edilmiştir. Bu disk sabit bir daimi mıknatısın manyetik alanı içindedir. Aletin hareketli parçası hareket edince bu diskte girdap akımları oluşur ve bu madeni parça manyetik alan içinde olduğundan hareket frenlenir.

Şekil – 8 Fuko (girdap) akımları 3. Kütleleri ivmelendirmek için gereken me eylemsizlik (atalet) momenti: Ölçülecek büyüklüğün dönen kısma ani darbe şeklinde olan etkisinden dönen kısım bir enerji kazanır ve eylemsizlik momenti meydana gelir. Dönebilen parçanın dönme ekseni etrafında dönme eylemsizliği a olsun. Dönme hareketinin açısal ivmesi d2y/dt olduğuna göre eylemsizlik momenti: d2y me = a x ---------- olur. dt Hareketli parçaya etkiyen döndürme momenti ise ölçülecek x = (t) büyüklüğünün ve bazı aletlerde y döndürme açısının fonksiyonu olup md = md (x) = md [ x (t), y] dir.

209

O halde hareketin dinamik denklemi d2y dy md [ x (t), y] = a x --------- + b x --------- + cy olacaktır.

dt dt Buna hareket denklemi adı da verilir. Hareketli ölçme aletlerini; çalışma ilkeleri bakımından benzer özellikte olanlarını bir araya toplayarak tiplere ayırıp, bu tipleri ayrı inceleyelim. Bu tipler şunlardır: 6.1. Döner bobinli (daimi mıknatıslı) aletler, 6.2. Döner mıknatıslı aletler, 6.3. Döner demirli (yumuşak demirli) aletler, 6.4. Elektrodinamik aletler, 6.5. Elektrostatik aletler, 6.6. Termik (ısıl) aletler, 6.7. Endüksiyonlu aletler, 6.8. Redresörlü ve amplifikatörlü aletler, 6.9. Güç transdüzeri / gösterge sistemleri, 6.10. Dijital göstergeli aletler. 6.1. Döner Bobinli Aletler Şekil – 9’da görüldüğü gibi, kuvvetli bir daimi mıknatısın kutupları arasına konmuş bir bobinden ibarettir. Manyetik alanın zayıflamaması için bobinin ortasına yumuşak demirden bir silindir konur. Silindir ile bobin arasında çok az mesafe olup silindir sabittir.

Şekil – 9 Döner bobinli ölçü aleti Şayet hava aralığında bulunan manyetik alan şiddeti B, bobinin yüzölçümü S ve sarım sayısı N ise; kontrol momentini sağlayan spiral yaylar ya da askı telleri aracılığı ile bobinden İ akımı geçirilince, BSN = G olmak üzere hareketli parça C = Gİ (C = yayın burulma sabitesi) bağıntısı gereğince gösterge kadar sapar.

210

Döner bobinli aletler ile doğrudan doğruya ölçme yapılırsa yalnız doğru akımda kullanılır. Redresör kullanılarak alternatif akımda da ölçme yapmak mümkündür. Manyetik alan, daima mıknatıs tarafından meydana getirildiğinden aletin sarfiyatı çok azdır. Dolayısıyla ölçü aletlerinin en hassaslarındandır. Hareketli kısım hafif olduğundan doğruluk derecesi de yüksektir. Skala taksimatı muntazamdır. Şekil – 10’da askı telli döner bobinli D.A mikroampermetre görülmektedir.

Şekil – 10

6.2. Döner Mıknatıslı Aletler Bu aletlerde hareketli kısmı küçük bir mıknatıs teşkil eder. Aletin ibresi mıknatısa bağlıdır. Ölçülecek akım ise ibrenin etrafını çevreleyen bir bobinden geçirilir (Şekil – 11).

Şekil – 11

Şekilden görüldüğü gibi bobinin meydana getirdiği manyetik alan ile mıknatısın alanı birbirine diktir. Aletten akım geçmiyorsa döner mıknatıs yalnız daimi mıknatısın tesiri altındadır. Akım geçerse bobinin hasıl ettiği alanla daimi mıknatısın alanının üst üste gelmesi için mıknatıs dönmek isteyecektir.

211

HB tg = ----------- ; Hm sabit olduğunda tg = k . HB olur. Hm Bobinin ortasında meydana gelen HB alanı ise bobinden geçen akımla orantılı olduğundan; tg = k I olur. Görüldüğü gibi aletin taksimatı düzgün olmayacaktır. Bobinden büyük akımlar geçirebilme imkanı aletin özelliğini teşkil eder. En dıştaki mıknatıs kontrol görevi yaparak ibrenin belli bir miktar sapmasını sağlar. Dış alanların tesiri olacağından alet manyetik olarak ekranlanmıştır. Yapılışları basit, ucuz ve sağlam aletlerdir. Fakat bu tip aletlerin doğrulukları ve duyarlılıkları pek fazla arttırılmadığından ve sadece doğru akımda kullanılabildiğinden bugün için pek uygulama alanı bulamazlar. Sarsıntılara dayanıklı ve ucuz olmaları sebebiyle motorlu vasıtalarda akümülatörlerin şarj durumunu göstermek için kullanılır. 6.3. Döner Demirli Aletler Aletin hareketli kısmını yumuşak demirden bir parça teşkil eder. İbrede bunun miline tespit edilmiştir. Ölçülecek akım yada gerilimle akım sabit bir bobinden geçirilir (Şekil – 12).

Şekil – 12

İçerisinde, dönebilen yumuşak demir bulunduğundan ötürü bobinin öz endüktansı göstergenin dönme açısına bağlıdır ve manyetik alanında depo edilen elektrik enerjisi ½ L (x) İ2 olup bu enerjinin dönme açısına türevi hareketli parçayı döndürmeye çalışan döndürme momentini verir. Dolayısıyla hareketli parçanın denge denklemi;

212

1 dL C = ---------- x ------------ x İ2 olur. Dolayısıyla alet,

2 d

1 d1 = -------- x ---------- x İ2 fonksiyonuna uyarak efektif değer ölçer. 2c d Yani aletin göstergesi akımın karesiyle orantılıdır. Bundan dolayı bu tip aletler doğru akım ölçebildikleri gibi alternatif akımların efektif değerlerini de ölçebilirler. Sabit ve hareketli demirlere uygun biçimler ve profiller verilerek skala ölçeğinin istenilen bölgeleri genişletilip öteki bölgeleri daraltabilirler. Örneğin skala ölçeğinin baş ve son kısımları sık, ortaları seyrek yapılabilir ki, endüstri tesislerinin tablo aletlerinde bu cins bir skala ölçeği özellikle aranan bir ölçektir (Şekil – 13).

Şekil – 13

Alternatif akım ölçümlerinde frekans, histerezis ve artık mıknatıs hataları, aletin doğruluk derecesini bozar. Buna rağmen maliyetlerinin düşük olması sağlamlığı, hassasiyet ve doğruluk derecesi pek önemli olmayan pano ölçmelerinde geniş ölçüde kullanılmalarını sağlar. 6.4. Elektrodinamik Aletler Elektrodinamik aletlerde hareketli parça, İ1 akımının geçtiği endüktansı L1 olan küçük bir bobindir. Aletin manyetik devresi İ2akımının geçtiği endüktansı L2 olan büyük bir bobinin hasıl ettiği manyetomotor kuvveti ile beslenmektedir (Şekil – 14).

213

Şekil – 14

Ferromanyetik malzemeden yapılmış bir manyetik devresi varsa buna demirli elektrodinamik alet denir. Demirsiz elektrodinamik alette ise manyetik devresi üzerinde demir yoktur. Yalnız, demirsiz elektrodinamik alet, dış manyetik alanlardan fazlaca etkilendiği için ferromanyetik malzemeden yapılmış kalın bir manyetik ekran içine alınırsa buna da demir örtülü elektrodinamik alet denir. Bobinler arasındaki ortak indüktans M () olup, döner bobinin dönme açısının bir fonksiyonudur. Döner bobinin bağlı olduğu mile, öteki aletlerde olduğu gibi bir gösterge ve kontrol momenti sağlayan iki spiral yayın uçları bağlıdır. 1 1 Manyetik alanda depo edilen -------- L1 x İ12 + --------- x L2 İ22 + M () x İ1 x İ2

2 2 enerjisinin dönme açısına türevi, hareketli bobini döndürmeye çalışan döndürme momentini vereceğinden; hareketli parçanın denge denklemi; dM C = --------- x İ1 x İ2 olur. d Bir iletim hattının ilettiği akım elektrodinamik aletin sabit bobininden geçirilirse İ2 = İ olur. Döner bir R direnci ile seri olarak hatlar arasına bağlanırsa İ1 = U/R olur (Şekil – 15). Böylelikle göstergenin sapma açısı; 1 dM 1 dM = ------- x ------- x Ui = -------- x ----------- x P eşitliği gereğince ortalama RC d RC d Aktif gücü gösterir yani elektrodinamik watmetre, iletilen gücün hem yönü ve hem de miktarını ölçebilecektir.

214

Şekil – 15 Elektro dinamik aletin watmetre olarak kullanılması Yumuşak demirli elektrodinamik ölçü aletleri watmetrik pano ölçmelerinde geniş oranda kullanılır. 6.5. Elektrostatik Aletler Gerilimle çalışan aletlerdir. Biri sabit diğeri hareketli iki levhadan meydana gelmiştir (Şekil – 16). İki levhaya tatbik edilen gerilim tesiri ile meydana gelen elektrostatik alan çalıştırıcı momenti teşkil eder. Sarfiyatlarının çok az olması, magnetik alanların çok kuvvetli olduğu yerlerde doğru çalışabilmesi, çok yüksek gerilimlerin direkt olarak ölçülebilmesi (1000 kV’a kadar), yüksek frekanslarda kullanılabilmesi en büyük özelliklerini teşkil eder. Genellikle laboratuarlarda kullanılır.

Şekil – 16 Elektrostatik ölçü aleti 6.6. Termik (Isıl) Aletler Akımın sıcaklık tesiri ile çalışırlar. Birkaç tipi vardır. a. Sıcak Telli Aletler: Uzama katsayısı büyük olan bir telden akım geçirildiğinde telin ısınıp uzamasından faydalanılarak yapılmıştır (Şekil – 17). Yapılışı basit olmakla birlikte, doğruluk derecesi ve hassasiyetlerinin düşük olması nedeniyle pek kullanılmaz.

215

Şekil – 17 Sıcak telli ölçü aleti b. İki Madenli (Bimetal) Ölçü Aletleri: Uzama katsayıları farklı iki metal sırt sırta birleştirilir. Üstü izole edilip akım geçeceği iletken sarılır. Akımın sıcaklık tesiri ile bimetal büküleceğinden gerekli düzenler vasıtasıyla akım şiddeti ölçülür. c. Isıl Çiftli (Termokupllü) Aletler: İki değişik madenden yapılmış iletkenler birbirleriyle kaynak yapılmak veya lehimlenmek suretiyle birleştirilecek ve bu nokta ısıtılacak olursa iletkenlerin soğuk kalan uçlarında bir gerilim meydana gelir. Bu özellikten yararlanılarak genel bobinli ölçü aleti ile alternatif akım ölçülebilir (Şekil – 18).

Şekil – 18 Termokupllü (Isıl Çiftli) Ölçü Aleti 6.7. Endüksiyonlu Aletler döner alan yada yürüyen alan prensibine göre çalışan aletlerdir. Dolayısıyla yalnız A.A.’da kullanılırlar. Bir silindir veya diskin üzerinde, hareketsiz iken moment hasıl eden döner yada yürüyen alan meydana gelebilmesi için fazları farklı en az iki alanın bileşkesinin olması şartı vardır. İbreli tip indüksiyon aletleri genel olarak Şekil – 19’daki gibidir.

216

Karşılıklı ikişer kutuba, fazları farklı akım tatbik edilir (veya güç ölçülmesinde akım ve gerilim sargıları çok farklı olduğundan gerilim devresi akımı ile akım devresi akımı kendiliklerinden faz farkı meydana getirirler). Orta yerde alüminyumdan yapılmış ve ibrenin bağlı olduğu bir silindir bulunur. Şekil – 20’de sayaçlarda kullanılan endüksiyon ünitesi görülmektedir. Diskten geçen ve uygulanan elektriki büyüklüklerin fonksiyonu olan akılar; Ø1 ve Ø2 olsun. Aralarındaki açı ise diskte hasıl edilen moment: M = k . f. Ø1 . Ø2 . sin olur. Şekil – 19 Endüksiyonlu ölçü aleti Şekil – 20 Elektrik enerjisi sayacı Bu ifadeye göre belli bir frekansta moment, Ø1 ve Ø2 fluksları ve fluksların arasındaki faz açısı ile orantılıdır. Endüksiyonlu aletleri ampermetre voltmetre olarak kullanmak mümkün ise de pratikte daha çok watmetre ve sayaçlarda kullanılmaktadır. 6.8. Redresörlü ve Amplifikatörlü Aletler Bu tip aletler döner bobinli aletlere uygun diyotlar, dirençler ve transistörler eklenerek gerçeklenir. Amaç döner bobinli aletleri alternatif akım için de kullanabilmektir. Genel olarak efektif değer ölçen alet olmadıkları halde çoğu, sinüsoidal akım için efektif değere göre ölçeklenmiştir. Bu yüzden bunlar sadece sinüsoidal akımlar ve gerilimler halinde efektif değer ölçebilirler. Ancak pahalı olan bazıları dalga şekli ne olursa olsun efektif değer ölçmekte kullanılabilirler. Kullanılan yarı iletkenler dolayısıyla döner bobinli aletin sınıfı bir derece daha bozulur (Şekil – 21).

217

Şekil – 21

6.9. Güç Transdüzer / Gösterge Sistemleri elektroniğin gelişmesiyle ölçülen giriş büyüklüğüne bağlı miliamper cinsinden çıkış bilgisi veren analog transdüzerler yapılmıştır. Bu transdüzerlerin girişlerine uygulanan büyüklükle (frekans, vat, var, faz açısı, A.A. akım ve gerilim, konum, ağırlık, sıcaklık vb.) orantılı D.A. çıkış bilgileri yerel veya uzakta bulunan döner bobinli ölçü aletlerine bağlanarak istenilen büyüklük ölçülmüş olur. Bu transdüzerler, çıkış yükü ne olursa olsun yükten bağımsız bir çıkış sağlarlar. Bu sebeple göstericiler, bilgi kayıt ediciler, bilgisayarlar, kumanda sistemleri vb. için uzaktan sinyal imkanları sağlarlar. 6.10. Dijital Göstergeli Aletler Elektronik devre tasarımındaki en son gelişmelerin ışığında ölçülen büyüklüğün gösterimi için dijital göstergeler yapılmıştır. Bu göstergeler ampermetre, voltmetre, watmetre ve açısal gösterge dahil elektronik (statik) ölçü aletlerinin çoğunda kullanılmaktadır. Okunurluk mükemmel olup zayıf ışıkta bile kolayca fark edilebilirler. Gösterge şerit biçiminde bir dizi neon plazma çubuklarının giriş büyüklüğüne uygun olarak dizilmeleri ve aydınlatılmaları ile sağlanır. Şayet giriş büyüklüğü öngörülen sınırların dışına taşarsa, bu göstergeden kolaylıkla görülebilir. Bu aletler doğruluk ve okunurluğun önemli olduğu bir çok ölçme uygulamalarında kullanılmakta olup, titreşimli ve tozlu ortamlar veya çevre aydınlatılmasının zayıf olduğu yerler için idealdir. 7. ÖLÇME SINIRLARININ DEĞİŞTİRİLMESİ Ölçme aletlerinin akım ve gerilim ölçme sınırlarını yükseltmek için, doğru akım halinde şöntler ve ön dirençler kullanılır; alternatif akım halinde ise 15 A ve 600 V’a kadar yine şöntler ve ön dirençler kullanıldığı halde, bu değerlerin üzerinde hemen hemen hiç kullanılmaz ve bunlar yerine akım ve gerilim ölçme transformatörleri kullanılır. Bunun nedenleri hem yüksek akımlar halinde şöntlü alet devresindeki endüksiyon akımlarının doğuracağı hatalardan kurtulmak, hem de ölçme devresini yüksek gerilimden yalıtmaktır.

218

7.1. Ön Dirençler Bu dirençler, gerilim amacıyla ohm kanununa dayanılarak, ölçülecek gerilimle orantılı küçük bir akım elde etmek için kullanılır. Asıl ölçme aleti bir ampermetre olup, işte bu küçük akımı ölçer (Şekil – 22).

Rm = Ölçü aletinin iç direnci,

RS = Ön direnç, U1= RS . Im ön dirençte düşen

gerilim, U2 = Rm . Im ölçü aletinde düşen gerilim.

Şekil – 22

Ön direncin değeri, U = U1 + U2 = RS x Im + Rm x Im RS x Im = U1 – Rm x Im U1 – Rm x Im Rs = ------------------ bağıntısında bulunur. Im

U gerilimini ölçen ve skalası u’ya göre taksimatlandırılmış bir voltmetre artık yeni değerine göre taksimatlandırmak lazımdır. U n = ----- u Alet çarpanı olarak tarif edilir. Voltmetre skalasındaki her değeri n ile çarparsak U’ya göre taksimatlandırılmış skala elde ederiz. U (Rm+Rs) . Im Rm + Rs n = ------ = ------------------ = ------------ yazarsak; u Rm . Im Rm RS = (n – 1) . Rm olarak bulunur. Mesela ölçme hududu 0,01 A ve iç direnci 100 Ω olan bir ölçü aletini 100 V ölçen bir voltmetre olarak kullanmak için, U – Rm . Im 100 – 100 x 0,01 RS = ---------------- = ------------------------- = 9900 ohm bulunur. Im 0,01

219

ya da aletin çarpanı , U 100 n = -------- = --------------------- = 100 olduğundan, u 100 x 0,01 RS = (n - 1) . Rm = (100 - 1) . 100 = 9900 ohm olarak yine aynı netice elde edilir. 7.2. Şöntler Şöntler ölçülmek istenen büyük bir akımın önemli kısmının kendi üzerinden ve belli küçük bir kesrinin de ölçme aletinden geçmesini sağlayan özel yapılı dirençlerdir (Şekil – 23). Rm = Ölçü aletinin iç direnci,

Rsh = Şönt direnç, I = Ölçülmek istenen akım, Im = Ölçü aletinden geçen akım, Ish = Şöntten geçen akım, I = Im + Ish Şekil – 23 Ölçü aleti ve şönt direnç üzerlerine düşen gerilim aynı olduğundan, Im Rm = Ish . Rsh yazabiliriz. Ish = I - Im olduğundan, Im Rm = (I - Im) Rsh buradan, Im . Rm Rsh= --------------- bulunur. I - Im i akımını ölçen ve skalası i’ye göre taksimatlandırılmış ampermetreyi I akımını ölçecek şekilde ve skalasını I’ya göre taksimatlandırmak lazımdır. I m = ----- alet çarpanı olarak tarif edilir. i i Rm= ish . Rsh

Rsh Rsh i = ish x ------- = I x ----------- veya Rm Rsh + Rm

220

Rm + Rsh I = i x -------------- Rsh Rm = i x (------- + 1) Buradan ; Rsh I Rm m = ------- = ------- + 1 bulunur. Şönt direnç ise; i Rsh Rm Rsh = --------- bağıntısından bulunur. m - 1 Mesela iç direnç 0,02 ohm ve ölçme hududu 5 A olan bir ampermetre ile 100 A ölçmek istersek kullanılacak şönt direnç, Im . Rm 5 x 0,02 Rsh = ------------ = ------------ = 0,00105 ohm bulunur . Ya da aletin çarpanı, I - Im 100 - 5 I 100 m = ------- = --------- = 20 olduğundan, i 5 Rm 0,02 Rsh = --------- = ---------- = 0,00105 ohm olarak yine aynı netice elde edilir. m - 1 20 - 1 7.3. Ölçü Transformatörleri Bir magnetik devre üzerine sarılı iki sargıdan oluşan düzene transformatör denir (Şekil – 24). Elektrik enerjisi gönderilen sargıya primer, alınan sargıya da sekonder adı verilir.

221

Şekil – 24 Sırasıyla primer ve sekonder sarım sayıları N1, N2 olsun, ideal bir transformatörde primer ve sekonder akımlar ve gerilimler arasında, U1 N1 I2 ----- = ------ = ----- bağıntıları bulunur. U2 N2 I1

Transformatörün işte bu özelliğinden faydalanılarak, ölçme amacıyla, hem ölçme devresi enerji devresinden yalıtılıp ayrılabilir ve hem de ölçülmek istenilen akım yada gerilim belli bir oranda küçültülerek ölçülebilir. İşte ölçü transformatörleri adı verilen transformatörlerde seçilen malzeme ve yapım öyledir ki, çeşitli çalışma koşulları altında, bu akım değiştirme yada gerilim değiştirme oranındaki hata olabildiği kadar küçük olur ve bir de primer sargı ile sekonder sargı arasındaki yalıtkan öyle olur ki ölçme devreleri enerji devresinden yeteri kadar güvenlikle yalıtılabilir. Bu yalıtkana da hiçbir zaman güvenmeyip ölçme devrelerinin birer noktası kesinlikle topraklanmalıdır. Şekil – 25’de bir ampermetre, bir voltmetre ve bir vatmetreden oluşan ölçme devresinin, yüksek gerilimli bir enerji devresine, akım ve gerilim ölçme transformatörleri aracılığıyla nasıl bağlandığı gösterilmiştir.

222

Şekil – 25 7.4. Gerilim Bölücüleri Gerilim bölücüler veya gerilim kutuları normal bağıl hata sınırları içinde sadece, akım çekmeyen ölçü düzenleri veya elektrostatik ölçü aletleriyle kullanılır. Öncekine denkleştiriciler de denilen sıfır yöntemini uygulayarak ölçme yapan düzenler örnek verilebilir. Elektrostatik aletler ise zaten devreden akım çekmezler. Gerilim bölücüleri prensip şeması Şekil – 26’da gösterilmiştir. Ölçülecek gerilim R direnci uçlarına bağlanır. Ölçü aletine ise bu gerilimin küçük bir cüzü uygulanır. Böylece ölçme sınırları genişletilmiş olur. Bu oran R/r olarak verilir.

Şekil – 26

Yüksek gerilimler için kondansatör yapmak direnç yapmaktan daha kolay olduğu için, yüksek gerilim ölçmelerinde kullanılmak üzere kapasitif gerilim bölücüler yapılmıştır (Şekil – 27).

223

Şekil – 27

Endüktif gerilim bölücüleri ise (Şekil – 28) ölçme amacıyla kullanılmazlar. Bunlar ekonomik transformatörler sınıflarından olup, bir sargının üzerinde kayabilen bir sürgü ile sargının bir ucu arasında kalan bobin sekonder sargıyı ve yine aynı sargıdan alınan iki sabit ve arasındaki bobin de primer sargıyı oluşturur. Bunlara Variac, devotran gibi adlar verilerek, 50 Hz frekanslı şebeke geriliminden değişik değerli gerilimler elde etmekte kullanılır.

U1 N1 -------- = --------- U2 N2

Şekil – 28 Endüktif gerilim bölücü değişken gerilim kaynağı 8. ELEKTRİKİ BÜYÜKLÜKLER VE ÖLÇÜLMESİ 8.1. Direnç ve Ölçülmesi Cisimlerin elektrik akımına karşı koyma özelliklerine direnç denir. Birimi ohm dur. Her cisim iki ucu arasına gerilim uygulandığında, az yada çok elektrik akımı geçirir. Direncin ohm kanunu ile ifadesi R = V/I olduğuna göre, bir cismin iki ucuna 1 V gerilim uygulandığında 1 A geçiyorsa, bu cismin direnci 1 ohm demektir. Ohm, Ω işareti ile gösterilir.

224

Direnç ölçülmesi: Direnç ölçümü üç yolla yapılır;

1. Hesap yöntemi ile, 2. Ampermetre-Voltmetre metodu ile,

3. Doğrudan direnç ölçen aletler ile,

1. Hesap Yöntemi İle: Bu yöntem, daha çok iletken olarak kullanılan kablo, hat gibi iletim teçhizatı için kullanılır. Elektrik endüstrisinde kullanılan iletkenlerin öz dirençleri yada özgül iletkenlikleri tablolar halinde verilmiştir. (Özdirenç 1 mm2 kesitinde ve 1 m uzunluğundaki iletkenin 20 0C’deki direncine denir ve “p” harfi ile gösterilir. Öz iletkenlik, özdirencin tersi olup “” harfi ile gösterilir.) Direnç hesaplamasında R = p . L/A bağıntısı kullanılır. Burada; R, ohm olarak direnç; L, iletkenin metre olarak uzunluğu; A, mm2 olarak iletken kesitidir. Başlıca maden ve alaşımların 20 0C’de özdirençleri, sıcaklık katsayıları, özgül ağırlıkları tablolar halinde verilmiştir. Aşağıda, örnek olarak alüminyum ve bakıra ait değerler verilmiştir.

Madde Cinsi Özdirenç (p) Ω mm2/m

Sıcaklık Katsayısı ( ), 1 0C için

Özgül Ağırlık Gr/cm3

Alüminyum 0,029 0,004 10,5 Bakır 0,0178 0,00392 8,9

Örnek 1: Dağıtım tablosunda 60 m uzakta bir lamba yakmak için 1,5 mm2 kesitli kablo kullanılmaktadır. Kablonun direnci şöyle bulunur; kablo iki iletkenli olduğundan toplam boyu L = 120 m olur. Buna göre, L R = p x ---- bağıntısında değerler yerine konursa, A 0,0178.120 R = ----------------- = 1,424 Ω bulunur. 1,5 Örnek 2: Alüminyum telden yapılmış bir hat telinin direnci, 20 0C’de 87 ohm’dur. Çalışma sıcaklığı olan 80 0C’de direnci şöyle bulunur.

225

R sıcak = R soğuk [1 + (t sıcak - t soğuk)] ( -sıcaklık katsayısıdır) bağıntısında değerler yerine konursa, R sıcak = 87 [1 + 0,004 (80 - 20)] = 107,9 Ω bulunur. 2. Ampermetre-Voltmetre Yöntemi İle; Bu yöntemle direnç ölçmek için, direnç bir D.A. kaynağına bağlanır. Direnç üzerindeki gerilimi ve dirençten geçen akımı ölçecek voltmetre ve ampermetre bağlanır. Ohm kanundan yararlanılarak, R = V/I bağıntısı ile direnç bulunur.

Şekil – 29 Voltmetre-ampermetre yöntemiyle direnç ölçülmesi Şekil – 29.a ve b’de görüldüğü gibi voltmetre ampermetreden önce yada sonra bağlanır. Şekil – 29.a’da küçük değerdeki dirençlerin, Şekil – 29.b’de ise büyük değerli dirençlerin ölçümü için uygun bağlantı şemaları verilmiştir. Eğer çok doğru değerler elde edilmek isteniyorsa, ölçü aletlerinin iç dirençlerinin de hesaplarda kullanılması gerekir. 3. Doğrudan Direnç Ölçen Aletler İle: Değişik amaçlara göre, çok değişik türde direnç ölçümü yapan aletler vardır. a. Ohmmetre: Şayet kafi derecede doğrulukla direnç ölçmek istiyorsak,

ohmmetre kullanılır. Pratikte kullanılma sahaları daha ziyade elektrik devrelerin kontrolunda, kısa devre ve açık devre aranmasında kullanılır.

Ohmmetre içindeki kaynaktan (genellikle 1,5 V), ölçülecek dirence bir doğru gerilim uygulanır. D.A. devresine, ayrıca aletin içinde bulunan dirençler seri bağlıdır. Döner bobinli olan ölçü aleti, bu dirençlerde düşen gerilimi okumaktadır. (Şekil – 30) iç dirençlerde düşen gerilim, devreden geçen akım dolayısıyla dış devreye bağlanan direncin büyüklüğüne bağlıdır.

226

V = Doğru Akım Kaynağı, Rm = Ölçü Aleti İç Direnci, R1 = Sabit Değerli Bir Direnç, RA = Ayar Edilebilen Bir Direnç, RX = Ölçülecek Direnç.

Şekil – 30 Basit bir ohmmetre Test uçları kısa devre edilerek, ölçü aletinin ibresi tam sapacak şekilde RA ayarlanır. Test uçları ölçülecek direncin uçlarına bağlandığında okunan gerilim R1 direnci üzerine düşen gerilimdir. Rm >> R1 kabul edilerek;

R1 Vm = -------------- x Tam sapma΄ olur. R1 + RX

Tam sapma RX = 0΄a tekabül eder. RX = R1 ise sapma ortada; RX = ∞ yani test uçları açık devre ise sapma sıfırdır. Skala taksimatı lineer (düzgün) değil, hiperboliktir. Büyük değerler skala başında, küçük değerler ise skala sonundadır. Aletin ibresi ortadayken (RX = R1 civarı) ölçme daha sağlıklı olur. Bir komütatör vasıtasıyla R1 değiştirilerek ohmmetrenin ölçme sahası değiştirilir. Genellikle 10 Ω, 1 kΩ ve 100 kΩ kademeleri kullanılır. Ohmmetre kullanılırken iki hususa dikkat etmek gerekir. Direnç ölçümü sadece pasif devrelerde yapılır. Dış devreden ohmmetreye gerilim geldiği takdirde, ohmmetrenin içindeki dirençleri yakabilir. Bu da alet için sakıncalı olur. Birde ohmmetre ile üzerinden azda olsa bir akım geçtiğinde hasarlanan dirençlerin (bazı yarı iletken maddeler, sigortalar gibi) ölçümü yapılmamalıdır. b. Veston köprüsü: Direnç ölçümünde kullanılan başka bir cihazda veston

köprüsüdür. Veston köprüsü şeması Şekil – 31’de çizilmiştir.

G = Gal vanometre (kendisinden nanoampermetre mertebelerinde çok küçük bir akımın geçip geçmediğini gösteren alettir. RA, RB, R = Etalon Dirençler. RX = Ölçülecek Direnç.

Şekil – 31 Veston Köprüsü

227

Veston köprüsü daha çok dirençleri ölçmek için kullanılır. Galvanometre sapmadığı zaman I akımı çok küçük, pratik olarak sıfır demektir. Bu hale köprünün denge hali denir. Bu amaçla R’nin değerini değiştirilerek köprü dengeye getirilir. Bu durumda; IA . RA = IB . RB IA . RX = IB . R olur. Bu iki eşitlik taraf tarafa bölünür ve RX çözülürse RA RX = R x --------- elde edilir. RB Bir takım devre düzenlemeleri ile bu metotla çok küçük veya çok büyük dirençlerin değerleri veya dirençteki küçük bir değişim ölçülebilir. c. Megerler: Çapraz bobinli ohmmetrelerdir. Çok büyük değerli dirençlerin

(izolasyon dirençlerinin) ölçülmesinde kullanılır. Aletin gerilimi manyeto tarafından üretilir. Manyeto elle veya motorla çevrilir. Gerilimleri ise genel olarak 500-1000-2500-5000 V’dir. Daha ziyade Y.G. cihazlarının (güç transformatörleri, ölçü transformatörleri, kesiciler vs.) izolasyon ölçmelerinde kullanılır.

Aletin hareketli kısmı, eksenleri birbirine dik iki bobindir. Bobinler müşterek olarak yataklanmışlardır ve ibre de bu mile tespit edilmiştir. Her iki bobin müşterek olarak daimi bir mıknatısın hava aralığına dönebilmektedir. Her iki bobinin uçlarına manyeto bağlanmıştır. 2 numaralı bobin ölçülecek RX direnci ile, 1 numaralı bobin etalon R direnci ile seri bağlıdır (Şekil – 32).

Şekil – 32 Megerin yapısı

228

Manyeto tarafından üretilen gerilim; bobinlerden, devrelerindeki dirençlerle ters orantılı akım geçirir. Bu akımlar her bobinde B1 ve B2 manyetik alanı meydana getirir. Hareketli bobin, daimi mıknatısın ve B1 ve B2’nin bileşkesi olan B alanlarının tesiri ile döner. R etalon direnci değiştirilerek çeşitli kademeler elde edilir. 8.2. Akım ve Ölçülmesi 1 ohm’luk bir direncin uçlarına 1voltluk gerilim uygulandığında, geçen akımın şiddeti 1 Amperdir. Amper kısaca A harfi ile gösterilir. Kısaca akım olarak adlandırılan akım şiddeti de I harfi ile gösterilir. Ampermetre akım şiddetini ölçen alettir. Devreye seri olarak bağladığımız ampermetreden ölçülecek olan akım geçer. Devreye seri bağlandığı için ampermetrenin iç direnci çok küçük olmalıdır. Ampermetreler devrelerinden geçen akımı büyüklüklerine göre mikroamper (μA), miliamper (MA) amper (A) ve kiloamper (kA) olarak ölçebilirler (Şekil – 32).

Rm = Ampermetrenin iç direnci, I = Devreden geçen akım, U = Ampermetrede düşen gerilim.

Şekil – 33 Ampermetrenin devreye bağlanması

Akım ölçümünde ampermetrelerin iç direnci, devre özelliğine göre, ölçmenin doğruluğuna tesir eder. Ölçü aletinin değişik kademelerdeki iç dirençleri birbirinden farklıdır. Mesela A.A. da, 10 Amper konumu için 0,035 ohm olan iç direnç, 10 mA konumunda 35 ohm mertebesindedir. Çeşitli kademelerdeki akımları ölçmek için kademeli ampermetreler kullanılır. Böyle ampermetrelerde bobin uçları bir klemensle ampermetre üstüne çıkartılmıştır. Bu bobinler tek tek kullanılabildiği gibi, icabında seri ve paralel bağlayarak da kullanılabilir. Mesela bobinler paralel bağlı iken 20 A ölçülüyorsa, bu bobinler seri bağlanınca 10 A΄e kadar ölçme yapar. Bazen de bu bobinlerin uçları dışarı çıkartılmadan bir komütatör irtibatlandırmak suretiyle ölçme işlemi yapılır (Şekil – 34).

229

Şekil – 34 Kademeli ampermetre D.A.’da genellikle şönt ile birlikte döner bobinli ampermetreler kullanılır. Döner bobinli ölçü aletlerinde pozitif ve negatif uçları doğru bağlamaya özen gösterilmelidir. 8.3. Gerilim ve Ölçülmesi Elektrik devrelerinde herhangi iki nokta arasındaki potansiyel farkını voltmetre ile ölçeriz. Voltmetre devreye paralel bağlanır (Şekil – 35).

RV = Voltmetrenin İç Direnci.

Şekil – 35 Voltmetre esas itibariyle ön direnci çok büyük bir miliampermetredir. Ölçü aletinin iç direnci ölçü hassasiyetine tesir eder. Ölçülecek gerilimin empedansı büyük ise, bir başka deyişle gerilim kaynağının gücü küçük ise ölçmeyi yapacak voltmetrenin iç direnci büyük olmalıdır. Voltmetrelerde belirtilen 20.000 ohm/Volt gibi değerler, böyle ölçmelerde voltmetrenin uygun olup olmadığının anlaşılmasına yarar. 20.000 ohm/Volt demek 1 V’luk skala değerinde, voltmetrenin iç direnci 20.000 ohm demektir. Voltmetre ile yapılan gerilim ölçmelerinde, ölçülecek gerilimin mertebesi bilinmelidir. Ölçülecek gerilimin değeri bilinmiyorsa en büyük kademeden ölçmeye başlanmalı, gerilimin değeri hakkında bir fikir edindikten sonra, skalasının son değerinde ölçme yapılmasını sağlayan kademede kullanılmalıdır.

230

8.4. Güç ve Güç Ölçülmesi Elektrikte güç birimi Wat’dır. Bir saniyede 1 jul iş yapan güce wat denir. Wat pratikte küçük kaldığından, daha çok üst katları olan kilowat ve Megawat kullanılır. Doğru akımda güç bağıntısı N = V . I ‘dır. Eğer gerilim ve direnç biliniyorsa, N = V2 / R, direnç ve akım biliniyorsa, N = I2 . R’ dir. Alternatif akımda, tek fazlı sistemlerde, güç bağıntısı P = V . I . cos ’dir. Burada P, aktif gücü göstermektedir. Cos akımın gerilimden geri kaldığı açının kosinüsü olup güç faktörü diye adlandırılır. Üç fazlı sistemlerde ise, aktif güç bağıntısı, P = √3 . V . I . cos şeklindedir. Burada V, faz-faz gerilimini göstermektedir. Elektrik devrelerinde aktif gücü ölçen aletlere vatmetre denir. Bu aletler doğru akımda N = V . I’yı, alternatif akımda ise P = U . I . cos’yi direk olarak ölçerler. Bu aletler elektrodinamik ve endüksiyonlu aletler prensibine göre imal edilirler. Akım bobinleri devreye seri, gerilim bobinleri ise devreye paralel bağlanırlar (Şekil – 36).

Şekil – 36

Vatmetrelerin akım ve gerilim bobinleri tıpkı ampermetre ve voltmetre gibi muayyen bir IN nominal akım ve UN nominal gerilim için yapılmıştır. Bu nominal değerler aletin üstünde yazılıdır. Alternatif akımda akım ve gerilim aynı fazda olmadıkları zaman aktif güç ile birlikte birde reaktif güç vardır. Bu güç yalnız alternatif akıma bağlı bir özellik olup elektrik tesislerine istenmeyen şekilde tesir eder; generatörleri, hatları lüzumsuz yere yükler; ayrıca bunların üzerinde ilave ısı kayıplarına ve gerilim düşümlerine yol açar. Her ne kadar reaktif güç faydalı güce çevrilemez ise de bundan tamamen de vazgeçilemez. Zira elektrodinamik prensibine göre çalışan generatör, transformatör, bobin ve motor gibi bütün işletme araçlarının normal çalışmaları için gerekli olan manyetik alan, reaktif akım tarafından meydana getirilir. Bilindiği gibi endüksiyon prensibine göre çalışan bütün makineler

231

ve cihazlar, manyetik alanın meydana getirilmesi için bir mıknatıslama akımı çekerler; işte bu mıknatıslama akımı reaktif akımdır. Bu sebeple bütün alternatif akım tesisleri, aktif gücün yanında reaktif gücünde çekileceği göz önünde bulundurularak boyutlandırılır. Yalnız bu reaktif güç tüketildiği yerde (müşteri tesislerinde) üretilirse üretim-iletim teçhizatının kapasiteleri artırılmış ve böylece maliyet azaltılmış olur. Reaktif güç bağıntısı (tek fazlı sistem için); P = U . I . sin ’dir. Birimi VAr’dır, (Volt-Amper Reaktif) üç fazlı sistemde reaktif güç bağıntısı; Q=√3.U.I.sin’dir, buradaki U, faz-faz gerilimdir. Kilovar ve Megavar VAr’ın üst katları olup uygulamada daha çok bunlar kullanılır. Reaktif güç uygulamada ya watmetreler ile, yada doğrudan reaktif gücü ölçen varmetreler ile ölçülür. Tek fazlı bir sistemde watmetre ile doğrudan reaktif güç ölçümü yapılmaz. Daha çok üç fazlı reaktif güç ölçümünde kullanılan bir yöntemdir. Üç fazlı sistemlerde güç ölçümü sistem koşullarına göre değişmektedir. a. Üç Fazlı, Dengeli Sistemlerde Güç Ölçümü: Böyle sistemlerde, yük akımı ve gerilimler üç fazda da eşit büyüklüktedir. Güç ölçümü için tek watmetre yeterlidir. Okunan gücün üç katı sistem gücünü verir (Şekil – 37). Bu watmetreler pano tipi olarak da yapılabilmektedir. Skala düzenlemesi, üç faza göre yapıldığından, bunlarda, ayrıca okunan değerin üç katını almak gerekmez. b. Dengesiz ve Nötrlü Üç Fazlı Sistemlerde Güç Ölçümü: Böyle bir sistemde güç ölçümü yapmak için her fazın gücünü ayrı ayrı ölçmek gerekir. Şekil – 37’deki watmetre bağlantısı, A ve B fazları için de yapılır. Üç watmetrede okunan değerin toplamı sistemin gücünü verir.

Şekil – 37 Watmetre

232

c. Dengesiz ve Nötrsüz Üç Fazlı Sistemlerde Güç Ölçümü: Üç fazlı ve nötrsüz sistemlerde, yük dengesiz olsa dahi, güç ölçümü üç tane watmetre ile yada aron montajı denilen bağlantıya göre bağlanmış iki watmetre ile yapılır. Ölçüm üç watmetre ile yapılırsa, nötr olmadığından watmetrelerin gerilim devrelerinin çıkış uçları kendi aralarında köprülenerek yapay nötr oluşturur. Eğer ölçü trafoları kullanılıyor ise, gerilim trafolarının nötr ucuna watmetrelerin nötr bağlantısı yapılır. Şekil – 38’de üç fazlı nötrsüz sistemde, iki watmetre ile güç ölçümünün bağlantı şeması verilmiştir. Sistemin gücü, iki watmetrenin gösterdiği değerlerin toplamıdır.

Şekil – 38 Aron bağlantı Bu şekilde bağlantıya ARON MONTAJI’da denir. Dengeli ve nötrlü üç faz sistemlerde de kullanılabilir. Sistemde kullanılan watmetrelerin büyük kısmı bu çeşit watmetrelerdir. Devre akım ve geriliminin büyük olduğu yerlerde, watmetre, akım ve gerilim transformatörleri ile birlikte kullanılır (Şekil – 39).

Şekil – 39 Watmetrelerin ölçü transformatörlerine bağlanması

233

d. Reaktif Güç Ölçümü: Reaktif güç uygulamada ya watmetreler ile yada doğrudan reaktif gücü ölçen watmetreler ile ölçülür. Tek fazlı bir sistemde, watmetre ile doğrudan reaktif güç ölçümü yapılmaz. Daha çok üç fazlı reaktif güç ölçümünde kullanılan bir yöntemdir. Dengesiz izole sistemlerde, aynen aktif güç ölçümünde olduğu gibi (Şekil – 39) bağlanan iki watmetreden okunan değerlerden, reaktif güç; Q = √3 . (W2–W1) bağıntısı yardımıyla hesaplanır. Burada W1, A fazı akımı ve A – B gerilimiyle beslenen watmetrenin, W2 ise C fazı akımı ve C – B gerilimiyle beslenen watmetrenin gösterdiği değerlerdir. Sonuç pozitif ise reaktif güç şebekeden tüketiciye, negatif ise tüketiciden şebekeye (yani tüketici şebekeden kapasitif güç çekiyor demektir) akıyor demektir. Şu halde aron montajında watmetrelerin gösterdiği değerlerin farkını alıp √3 ile çarparsak aynı devreden geçen reaktif gücü bulmuş oluruz. Watmetrelerde olduğu gibi bu iki watmetrenin çalıştırma momentlerinin farkları bir ibreye kumanda edecek şekilde bir ölçü aleti yapılıp skalası √3 misli ile tanzim edilecek olursa, aron bağlı watmetre elde edilir. Bunun içinde birinci watmetreye ait akım bobininin uçlarını ters bağlamak kafidir. Şekil – 40’da aron bağlı varmetrenin prensip şeması görülmektedir.

Şekil – 40 Watmetrenin reaktif gücü ölçecek şekilde devreye bağlantısı

Akım ve gerilimin büyük olmaları halinde, akım ve gerilim trafoları kullanılır. Şekil – 41’de akım ve gerilim trafoları ile kullanılan böyle bir üç faz varmetre görülmektedir.

234

Şekil – 41 Varmetrenin ölçü transformatörleri ile bağlanması Aron bağlı watmetreye tatbik edilen gerilimler eğer 90 derece geri kaydırılarak tatbik edilecek olursa üç fazlı varmetre elde edilmiş olur. Sistemimizde kullanılan Westinghouse varmetreleri bu tip varmetrelerdir. Şekil – 42’de böyle bir varmetrenin akım, gerilim trafolarıyla bağlanışı görülmektedir. Şekil – 42 Gerilimlerin 900 geri kaydırılarak watmetrenin üç fazlı varmetre olarak bağlanması.

235

8.5. Frekans ve Frekans Ölçümü Bir alternatif akımın akım ve gerilimi periyodik olarak ve genellikle sinüs salınımı ile değişirler (Şekil – 43).

Şekil – 43 T bir sabit değer olmak üzere her t değeri için X (t) = X (t + T) ise X (t), değişimi periyotlu olan bir periyotlu büyüklüktür ve periyodu T (sn)’dir. Periyodun tersi ise frekans olup birimi hertz (Hz)’dir. Yani frekans alternatif akımın bir saniyedeki devir sayısıdır. Alternatif akımın frekansını ölçen aletlere frekansmetre denir. Frekansmetre, frekansı ölçülecek şebekeye voltmetre gibi paralel bağlanır (Şekil – 44).

Şekil – 44 Frekansmetreler çok değişik yapıda olmakla birlikte genel olarak, elektronik, mekanik ve elektriki rezonans temeline dayalı olarak yapılırlar. Panolarda en çok kullanılan tabii titreşimli ve dilli frekansmetrelerdir. Bu frekansmetreler bir elektromıknatıs karşısında bulunan değişik boylardaki çelik şeritlerden meydana gelir (Şekil – 45a).

236

Şekil – 45a Çelik şeritlerin tabii titreşimli frekansları daha önceden 47, (47,5), 48 gibi frekanslara ayarlanır. Elektromıknatıs bobini ölçülecek şebekeye bağlanınca çelik şeritler titreşim yapmaya başlar. Bu esnada titreşim frekansı alternatif akımın frekansına en yakın olan dil, diğerlerinden daha fazla titreşim yaparak gözle görülür hale gelir, skala üzerinden tatbik edilen frekans okunur (Şekil – 45b).

Şekil – 45b 9. SKALA TANZİMİ Ölçü aleti yapan firmalar (Ampermetre, voltmetre, vatmetre, varmetre vs.) skalalarını boş bırakırlar. Yalnız 5 amper ve 100 volt gibi büyüklükleri belirtirler. Bu büyüklüklere göre devrenin ölçü trafolarının çevirme oranına göre veya eldeki bir ölçü aletini de istenilen değerlerdeki ölçü trafo oranına göre skala tanzimi yapmak mümkündür. a. Ampermetre Skala Tanzimi: Örnek: 50/5 A’lik akım trafosu bulunan bir fidere ampermetre bağlamak istiyoruz. Ampermetrenin skalasının, beşer amper aralıkla skala tanzimi isteniyor. 50 amper sekonderde 5 amper olursa, 5 amper için sekonderde ne kadar olacak?

237

50 5 25 X = --------- = 0,5 A 50

5 X 5 amper skala tanzimi 0,5 amper 10 amper skala tanzimi 1 amper 15 amper skala tanzimi 1,5 amper 50 amper skala tanzimi 5 amper Bu hesap yapıldıktan sonra etalon ampermetre ile birlikte skalası tanzim edilecek ampermetre seri bağlanır ve etalon ampermetrede 0,5 amperden başlayarak akım verilir. Skalada 0,5 amper 5 amper olarak tanzimi yapılacak ampermetrede işaretlenerek akala tanzimi yapılır. b. Watmetre Skala Tanzimi Örnek: Gerilim trafo oranı 30000/100 V Akım trafo oranı 100/5 olan bir watmetrenin skala tanzimi 100/5 30000/100 Pprimer = √3 x Ufaz arası x Iakım x cos P sekonder = 100 . 5 . 1 . 73 = 865 W. P = 1,73 x 30000 x 100 x 1 P = 5190000 Wat P = 5,19 MW 0,5 MW aralıkla skala tanzim edelim. Sekonderde 865 W primerde 5,19 MW’ta tekabül etmektedir. 865 W 5,19 MW X 0,5 MW 865 x 0,5 432,5 -------------- = ------------ = 83,33333 W 5,19 5,19

238

Primer Sekonder 0,5 MW 83,33333 Wat verilecek 1 MW 166,66 1,5 MW 249,99 2 MW 333,33 2,5 MW 416,66 3 MW 499,99 3,5 MW 583,33 4 MW 666,66 4,5 MW 749,99 5 MW 833,33 5,5 MW 916,66 Bu değerler bulunduktan sonra etalon watmetre ile skalası yapılacak watmetrenin akımları seri gerilimleri paralel bağlanır. Cos = 1 yapılır ve 83,33 Wat verilerek vatmetrede bu değer 0,5 MW olarak işaretlenir. Aynı şekilde bütün değerler işaretlendikten sonra çizgiler ve değerler okunacak şeklide belirlenir. Eğer aron bağlı bir sistemle etalonaj yapılırsa burada iki watmetre kullanılır. Her watmetre vereceğimiz değerin yarısına ayarlanacak 83,33 Örnek: Birinci değer için -------------- 2 426,66 Beşinci değer için ------------- gibi 2 4 telli sistem kullanılıyorsa sistemde üç watmetre olduğundan her watmetreyi vereceğimiz değerin 3’te birine ayarlayıp vereceğiz.

83,33 416,66 ----------- ve ------------ gibi 3 3

Varmetrede de hesap şekli aynıdır. Burada sin = 1 olacak şekilde etolaj yapılır.

239

c. Voltmetre Skala Tanzimi: Örnek: G.T.O = 6000/100 biner voltluk ara ile skala tanzimi istiyoruz. 6000 100 ise 1000 x x = 1000 için 16,666 Volt 2000 için 33,332 Volt 2000 için 33,332 Volt 2000 için 33,332 Volt 6000 için 100 Volt Bu değerler okunacak şekilde etalon bir voltmetre ile skalası yapılacak voltmetre paralel bağlanır. 16,666.... Volttan 100 volta kadar değer verilerek skala tanzimi yapılır. 10. ÖLÇÜ ALETLERİNİN MUAYENELERİ İstasyonlardaki ölçü aletlerinin zamanla hata nispetlerinin kontrolu yapılması lazımdır. Çalışan ölçü aletleri çeşitli sebeplerle hatalı değerler gösterdiği tespit edilmiştir. Bu hatalar muayyen değerlerin üstüne çıktığı zaman ( %3) aletin değiştirilmesi veya yeniden skala tanzimi yapılması cihetine gidilir. 10.1 Ölçü Aletlerinin Muayeneleri (Yerinde) Ampermetrelerin Muayeneleri: Panoda bulunan ampermetre ile doğru değer gösteren ampermetre seri bağlandıktan sonra aynı anda her iki ölçü aletinden değerler okunur. Örnek: A.T.O. = 100/5 ve aynı anda okunan akımlar, pano ampermetresinde 50 amper devreye bağladığımız ampermetrede 2,7 amper ise akım trafo oranına göre 100 5 ise 100 . 2,7 270

X = ---------------- = ----------- X = 54 Amper X 2,7 5 5 Esasında pano ampermetresi 54 amper göstermesi lazımdı. Hata hesabından 50 - 54 %H = ------------ x 100 ölçü aleti % 7,1 eksik yazıyor. 54

240

Watmetrelerin Yerinde Muayeneleri: İstasyonlarda bulunan watmetreler ve varmetreler aron bağlıdırlar. Pano watmetresinin yerinde muayenesi için doğru olduğu bilinen aron etalon watmetre devreye bağlanır. Pano watmetresinin A.T.O = 10/5, G.T.O = 34500/100 Aynı anda etalon ve pano watmetresinin gösterdiği değerler okunur. Etalon watmetre 400 W ise 10 34500 400 x ----------- x ------------ = 276 kW olarak hesaplandı. 5 100 Pano watmetresinde 280 kW okunursa 280 - 276 %H = ----------------- x 100 = % + 1,4 bulunur. 276 Varmetrenin yerinde kontrolu için devre aynıdır. Dikkat edilecek husus bağlanan watmetrenin A fazı akımının polaritesi değiştirilecek ve etalon watmetrede okunan değer √3 ile çarpılacaktır. Eğer iki ayrı etalon watmetre kullanılmış ise C fazı üzerinde bulunan watmetrede okunan değerden A fazı watmetresinden okunan değer çıkartılır. Bulunan değer √3 ve ölçü aletleri oranları ile çarpılıp hesap değeri bulunur. A.T.O. = 10/5 G.T.O 34500/100 A fazı100 W okundu C fazı 300 W okundu 300 – 100 = 200 W 10 34500 200 . √3 x ------- x ----------- = 238 kVAr hesaplanır. 5 100 Pano varmetresinde 250 kVAr okunursa bu aletin hatası 250 - 238 %H = ----------------- x 100 = 5, H = % - 5 olur. 238 Voltmetrelerin hatası da aynı ampermetrede anlatılan şekilde bulunur.

241

11. RÖLE MUAYENE ALET VE ÖLÇÜ ALETLERİNİN TANITIMI 11.1. AVO – 8 Ölçü Aleti AA, DA Akım, gerilim ve direnç ölçen AVO – 8 gerçekte döner bobinli bir DA ölçü aletidir. DA akım ölçmelerinde şöntler, gerilim ölçmelerinde ise ön dirençler devreye girer. AA akım ölçmelerinde, özel bir trafo, AA akımını orantılı olarak gerilime dönüştürür. Elde edilen AA gerilim doğrultularak döner bobinli ölçü aletine verilir. AA gerilim ölçümünde, ön dirençten sonra yine doğrultularak döner bobinli ölçü aletine verilir. Direnç ölçümü ise, aletin içindeki DA kaynağından (1,5 ve 15 V’luk pil) ölçülecek dirence uygulanan DC’nin, dirençten geçecek akımla orantılı ölçme yapma esasına dayanır. Hata Sınırları: DA Gerilim Ölçümü: Skalanın ortası ile sonu arasında % 2, skala ortasından küçük ölçümlerde % 1 DA Akım Ölçümü: Tüm Skalada % 1 AA Gerilim Ölçümü: 2,5 V kademesinde % 4 10 – 250 V kademesinde % 2 250 V’tan büyük ölçmelerde % 2,25 AA Akım Ölçümü: Tüm Skalada % 2,25 Direnç Ölçümü: Orta skalaya göre % 3 Hata sınırları tüm ölçü aletlerinde olduğu gibi skala son değerinin %’si olarak verilmiştir. Bu alette sadece direnç ölçümü için % hata, skala orta değeri alınacaktır. Kullanma Özellikleri: Alet yatay olarak kullanılmalıdır. Ölçme yaparken seçici anahtarların ara yerde olmamasına dikkat edilmelidir. Kullanmadan sonra seçici anahtarlarını AA, DA pozisyonlarında bırakmak, ilk kullanımda hataya düşülmesini önler. Bu pozisyonda ölçü terminalleri açık devre gösterir. Alet aşırı yüke karşı mekanik olarak korunmuştur. İbrenin sona çarpması ile ölçü devresi açılır. (CUT-OUT) düğmesine basılarak alet normal konuma getirilir. Akım devrelerine girmeden önce (CUT-OUT) düğmesinin mutlaka basılı olmasına dikkat edilmelidir. DA ile ölçü yapılırken alet ters yönde saparsa, bağlantı uçlarını değiştirmeden (REV M/C) butonuna basılarak doğru sapma temin edilebilir.

242

Akım Ölçülmesi: DA akım ölçülmesinde; her kademenin son değerinde 500 mV gerilim düşümü meydana getirir. Yalnızca 50 mA kademesinde bu değer 125 mV’tur. AA akım ölçülmesinde ise gerilim düşümü, her kademe için 350 mV’tur. Buna göre mesela alet; DA 10 A kademesinde 0,05 Ω DA 1 A kademesinde 0,5 Ω DA 100 mA kademesinde 5 Ω DA 50 mA kademesinde 2500 Ω AA 10 A kademesinde 0,035 Ω AA 1 A kademesinde 0,35 Ω AA 10 A kademesinde 35 Ω dur. Bu değerler aletin devreye girmesiyle, devre büyüklükleri değiştiğinde dikkate alınmalıdır. Gerilim Ölçülmesi: DA gerilim ölçmelerinde alet hassasiyeti tüm ölçmelerde 20.000 Ω/V’tur. AA ölçmelerinde 10 V’un üstünde 2000 Ω/V, 10 V kademesi 1000 Ω/V, 2,5 V kademesinde ise 250 Ω/V’tur. Buna göre, gerilim ölçerken aletin iç direnci mesela; DA 1000 V kademesinde 20 MΩ DA 250 V kademesinde 5 MΩ DA 10 V kademesinde 200 kΩ AA 100 V kademesinde 200 kΩ AA 10 V kademesinde 10 kΩ AA 2,5 V kademesinde 625 kΩ dur. Bu değerler, ölçü kaynağının gücü sınırlı olduğu zaman dikkate alınmalıdır (Transdüzer, elektronik devrede gerilim ölçme gibi). Direnç konumunda ölçü yapılırken (+) ölçü terminaline negatif gerilim (-) ölçü terminaline de pozitif gerilim gelir. Bu durum, diyot ölçümü gibi polaritesi önemli ölçülerin yapılmasında göz önüne alınmalıdır.

243

11.2. AEG Timer

Şekil – 46

Timer kullanılmadan önce, arka yüzünde bulunan motor ve kuplaj gerilimleri kontrol edilmelidir. Motor yazılı bölümde her iki vida, besleme gerilimine uygun olarak (110 V) veya (220 V) konumunda olmalıdır. Kupplung yazılı bölümünde bir vida vardır; bu vida şeklindeki gibi en solda ise kuplaj gerilimi sadece 220 V DC, olduğu gibi ortada ise 110 V DC ve 220 V AC, sağda ise yalnızca 110 V AC ile beslenmelidir. AEG timer’in skalası 0,1 0,2 şeklinde taksimatlandrılmış ise en küçük ölçeri 1/100 sn, 1, 2, 3 şeklinde taksimatlandrılmış ise en küçük ölçeri 1/10 sn’dir. 11.3. Pens Ampermetre Pens ampermetrelerin temel kullanım amacı, AC devrelerinde elektriki irtibat yapmadan, başka bir deyişle, akım devresini açmadan devre akımını okumaktır. Çalışmasının temel prensibi; içinden akım geçen iletken manyetik bir halkanın içine alınır. Manyetik devre üzerindeki ayrıca, çok sarımlı bir bobin daha vardır. Böylece primeri tek sarımlı sekonderi çok sarımlı bir trafo oluşturulmuştur. Sekonder devre primerden geçen akım ile orantılıdır. Sekonder E.M.K. doğrultularak, döner bobinli DC ölçü aletine uygulanır. Ölçü aleti taksimatlandırılması primer devreden geçen akıma göre yapılmıştır.

244

Pens ampermetrelerden bir kısmı, üstündeki komütatör vasıtası ile değişik akım kademelerinden başka, uygun terminaller kullanarak voltmetre ve ohmmetre olarak da kullanılabilir. Dikkat edilecek hususlar: Çalışma prensibinden anlaşılacağı gibi, ölçme yaparken, kuvvetli manyetik alanlardan uzak tutulmalıdır. Bir ölçü trafosunun veya güç trafosunun çok yakınında ölçme yapmak hataya neden olabilir. Diğer bir özellikte, manyetik devrenin açıldıktan sonra tam olarak kapanması, kapandığı ağızda aralığa neden olacak yabancı maddelerin bulunmamasıdır. Pens ampermetreyi kullanışlı kılan bir özelliği de, iki veya daha çok akımın vektörel olarak toplamını yada farkını ölçme olanağını vermesidir. Mesela dengeli üç fazlı bir sistemde, akım geçen üç iletken aynı anda pens ampermetrenin manyetik devresi içine alındığında, ölçü aletinin değer göstermemesi gerekir. Bir başka kullanım kolaylığı da, uygun terminal çıkararak, Baur elektronik fazmetre ile akımın faz açısının ölçülebilmesidir. Terminal çıkarmak için, çok sarımlı sekonder devrenin uygun kapasite ile paralel bağlanarak bağımsız hale getirilmesi gerekir. Kapasitenin uygunluğu, devre akımı ile oluşan E.M.K. arasındaki açı sıfır olacak şekilde denenerek bulunabilir. Terminal uçlarının polaritesi, primer akımın girişi ile birlikte işaretlenmelidir. Oluşan E.M.K. fazmetrenin gerilim girişine uygulanır. Bu yöntem ile açı ölçülmesi özellikle diferansiyel devrelerde büyük kolaylık ve güvenilirlik sağlar. 11.4. Varyak (Ototrafo) Birçok cihazın muayenesinde, istenilen akım ve gerilimi kesintisiz değiştirerek verebilen, gerçekte ototrafo olmasına rağmen, firma adından kaynaklanan varyaklar kullanılır. Varyakların iki sabit, bir hareketli ucu vardır. Sabit uç çoğunlukla hem giriş hem de çıkışta ortak olarak kullanılır. Şekil – 47’de tek fazlı bir varyağın prensip şeması görülmektedir. Üç fazlı varyaklar, tek fazlı üç varyağın birleştirilmesi ile oluşturulmuştur. Gezici çıkış uçları ortak hareket ederler (Şekil – 48).

245

Şekil – 47 Tek fazlı varyağı devreye bağlarken, ortak ucun nötre gelmesine dikkat edilmelidir. Varyağın kullanımında dikkat edilecek önemli konulardan biri de akım kapasitesinin üstüne çıkılmamasıdır. Bunun içinde varyak seçiminde, özellikle akım enjekte edilecek devrelerde, uygun akımlı varyağı seçmeye dikkat etmelidir. Varyak kullanımında karşımıza çıkan bir güçlükte, varyağın ilk devreye alınmasında, arızalı olmadığı halde mıknatıslanma akımının devre sigortasını attırmasıdır. Bu durum, özellikle büyük amperajlı varyaklarda ve kısa devre akımının büyük olduğu (beslendiği dağıtım güç trafosuna yakın olma hali) yerlerde görülür. Bu durumu önlemek için, varyağı giriş terminallerine uygun seri reostalar bağlanır, daha sonra bu reostalar devre açılmadan kısa devre edilir. Eğer kullanılacak devrede akım ayarı hassas yapılmak istenirse, sekonder devreye seri uygun reostalar bağlanır. Reostalar da devrenin en yüksek akımına dayanabilecek özellikte olmalıdır. Seri reosta, daha çok küçük empedans üzerine akım uygularken gerekeceği göz önüne alınmalıdır.

Şekil – 48

246

11.5. Faz Sırası Gösterge Aleti Üç fazlı şebekelerde faz sırasını (fazların dönüş yönünü) tespit etmeye yarar. Bu tespit ise şebeke iletkenlerinin birbirine doğru olarak bağlanmasında; motorların, watmetre, varmetre ve sayaçların, fazmetre gibi ölçü aletlerinin şebekeye doğru bağlanabilmeleri için gereklidir. Dış görünüş itibariyle alet küçük bir bakalit kutu üzerinde küçük bir pencere ve aleti faz sırasını tespit etmek istediğimiz şebekeye bağlamak için üç tane bağlantı iletkeninden ibarettir (Şekil – 49).

Şekil – 49 Alet içerisinde küçük bir elektrik motoru vardır. Motor rotoru olarak üzeri kırmızı ve beyaz bölgelere ayrılmış alüminyum disk bulunur. Rotorun (diskin) dönüş yönü faz sırasına bağlıdır. Ancak rotor dönüşü sınırlandırılmıştır. Sürekli dönme hareketi yapamaz. Rotor bir yöne dönünce pencereden beyaz bölge (Şekil – 50a), rotor diğer yöne dönünce pencereden kırmızı bölge görünür (Şekil – 50b). Şayet bağlantı iletkenlerinden birisi devreye bağlanmamış ise bazen kırmızı bazen de beyaz bölge görünür (Şekil – 50c).

247

Şekil – 50 Yukarıda da belirtildiği gibi aleti devreye bağlamak için üç tane bağlantı iletkeni (kordon) vardır. Birer uçları alete tespit edilmiştir. Diğer uçları ise faz sırası tespit edilecek olan şebekeye bağlanır. Bağlantı iletkenleri numaralanmış ve renklendirilmiştir.

1 numaralı iletken yeşil, 2 numaralı iletken sarı, 3 numaralı iletken kahverengidir.

Kullanılması: Alet devreye bağlanınca herhangi bir durumda iken pencereden beyaz bölge görününce faz sırası doğrudur. 1 numaralı faz 3 numaralı fazdan 1200 geri, 2 numaralı faz 1 numaralı fazdan 1200 geri, 3 numaralı faz 2 numaralı fazdan 1200 geri, Şayet tersi, yani pencereden kırmızı bölge görünüyorsa faz sırası terstir. Bu durumda herhangi iki bağlantı iletkenini değiştirmek yeterlidir. 11.6. Fazmetreler BAUR VMG50 Tipi Elektronik Fazmetre: Alternatif akımda gerilim-gerilim ve gerilim-akım arasındaki faz açılarını ölçer. Cihazı çalıştırmadan önce, çalışma geriliminin uygunluğunu kontrolü ve cihaz topraklanması yapılmalıdır. Cihaz besleme devresi 0,1 A’lik sigorta ile korunmuştur; daha büyük sigorta konmamalıdır. Işın tüpündeki ışın çemberi, cihaz devreye alındıktan 15-20 sn sonra çıkar.

248

Şekil – 51 Ön Yüz

Cihazın ön yüzünde;

1. Dönebilen skala, 2. Işın tüpü,

3. Işın çemberi,

4. Çift yönlü döner anahtar,

5. Referans gerilim terminalleri mevcuttur (Şekil – 51).

Arka yüzünde ise mavi zemin üstünde ( Eext I ) akım terminalleri, ( Eext U ) gerilim terminalleri, kırmızı zemin üzerinde (Eint) topraklı prizin çalışma gerilimi seçicisi ile sigorta vardır (Şekil – 52). Gerilim-Gerilim Açı Ölçülmesi: Şekil – 51 ve Şekil – 52’de görüldüğü gibi referans gerilim ön yüzdeki gerilim terminaline polarite ucu ( ) yeşil terminale gelecek şeklide bağlanır. Bu anda ışın çemberinin bir yerinde gösterge çentiği çıkar. Döner skalanın sıfır başlangıcı, bu çentik üzerine getirilir. Arka yüzde mavi zemin üzerindeki ( Eext U ) gerilim terminaline ikinci gerilim polaritesi yeşil ( U ) olan terminale gelecek şekilde bağlanır.

249

Gerilim-Akım Açı Ölçülmesi: Gerilim arka yüzdeki (Eext U ) terminaline, polarite yeşil terminal olmak üzere bağlanır. Akımın giriş yönü (Eext I ) terminallerinin siyahından girip beyazından çıkacak şekilde bağlanır. (4) anahtarı mavi renkli (Extern U) ya çevrilir. Döner skalanın sıfır başlangıcı, ışın çemberinin çentiği üzerine getirilir. (4) Anahtarı aynı yönde (Extern I) konumuna getirildiğinde ışın çemberi üzerinde çıkan çentik, akımın gerilime göre açısını belirler. Uygulanacak gerilim en az 0,3 V, en çok 600 V, akım ise en az 0,1 A, en çok 10 A olmalıdır. Küçük Alıcıların Faz Açılarının Ölçülmesi: Tek fazlı ve gerilimli 110 veya 220 V, akımı 0,1-10 A arasında olan, vantilatör, floresant lamba armatürü gibi cihazların fazmetrenin arka yüzünde kırmızı zemin üzerinde bulunan prize takılır. (4) Anahtarı bu kez kırmızı renkli (intern U) konumuna çevrilir. Döner skalanın sıfır başlangıcı, çıkan çentik üzerine getirilir. (4) anahtarı, aynı yönde (intern I) konumuna alındığında, prize takılı cihazın güç faktörü veya gerilime göre akımın açısı çentik üzerinden okunur.

250

ELEKTRİK SAYAÇLARI 1. GİRİŞ Sayaçlar kısaca elektrik enerjisini ölçen ve kaydeden cihazlar olarak tanımlanabilirler. Elektrik enerjisinin ticari amaçla kullanılmaya başlanmasından sonra enerji ölçümü ve buna paralel olarak sayaç konusu gündeme gelmiştir. Önceleri elektrik enerjisi D.A. ile taşındığından sayaçlarda elektrokimyasal olaylara dayalı olarak yapılırdı. Daha sonra alternatif akımın yaygın olarak kullanılmaya başlanmasıyla A.A. enerjiyi kaydeden sayaçların imaline gerek duyulmuş; kısa zaman içinde motor ilkesine dayalı endüksiyon sayaçların bu iş için en uygun olduğu anlaşılmıştır. Günümüzde teknolojinin gelişmesi sonucu yarı iletkenler ile yapılan statik elektrik sayaçları, endüksiyon sayaçlardan daha hassas enerji ölçmelerine karşılık; basit tasarımı yeterli hassasiyeti, işletme güvenirliği, dayanıklılığı, çok az bakım ihtiyacı, üretim maliyetlerinin düşük olması sebepleriyle daha uzun yıllar endüksiyon sayaçlarının önemini koruyacağı anlaşılmaktadır. Sayaçlar çeşitli şekillerde sınıflandırılabilirler. a. Ölçülen büyüklüğe göre,

Wh sayaçlar, Ah sayaçlar.

b. Akımın şekline göre,

Doğru akım, Alternatif akım sayaçları.

c. Çalışma prensibine göre,

Elektrolit, Endüksiyon sayaçlar.

d. İmalat şekli ve bağlantılarına göre,

1-3 fazlı sayaçlar-Aktif-Reaktif-Volt-Amper sayaçlar, 3 faz 4 telli sayaçlar, 3 faz 4 telli 2 1/2 elemanlı sayaçlar, 3 faz 3 telli (aron) sayaçlar.

251

e. Hassasiyet derecelerine göre,

Etalon (sabit veya portatif), Normal sayaçlar.

f. Devreye bağlanma şekline göre,

Primer, Sekonder sayaçlar.

g. Yük durumuna, fonksiyon ve tarife şekline göre,

Normal, Demantlı, Yazıcı, Tek tarifeli, Çok tarifeli sayaçlar.

Çok geliştirilmiş elektronik sistemlerle enerjisinin yakından veya uzaktan ölçülmesi mümkün ise de, bugün tamamen yaygın olarak kullanılan sayaçlar, modern endüksiyon sayaçlarıdır. 2. ENDÜKSİYON SAYAÇLARI 2.1. Temel Çalışma Prensibi Uygulamada elektrik enerjisi ölçülmesinden söz edilirken çoğunlukla aktif ve reaktif enerji diye ikiye ayrıldığı bilinmektedir. Reaktif enerji ve ölçülmesi ilerideki konularda bahsedileceğinden bu kısımda aktif yani iş gören, ısı, ışık, mekanik enerjiye dönüşen elektrik enerjisinin ölçümünden söz edilecektir. Fiziksel olarak İş = güç x zaman olduğu bilinmektedir. Elektrikte güç ise Güç = V x I x Cos ifadesi ile verilir ve birimi wat (W)’tır. Bu birim gücün birim zamanla çarpımı, seçilen zaman bazına göre WS (wat x saniye) ise watsaniye (jul) cinsinden, Wh (wat x saat) ise watsaat cinsinden enerjiyi verir. Sayaçların çalışma prensibi önce sayaca uygulanan güce ve gücün bir fonksiyonu olan dönme hareketinin mekanik bir tertiple depolama görevi yapan numaratöre aktarılmasına dayanır. Numaratörde okunan, belli bir oranla sayaç diskinin toplam tur sayısı demektir. Sayaçların çalışma prensibi endüksiyon motorununkine benzer. Bunu izah için bir mil üzerine geçirilmiş alüminyum bir disk alalım,mil iki ucundan yataklanmıştır. Diskin bir yüzeyine Şekil – 1’deki gibi iki elektromağnet yerleştirilmiş olsun. Burada meydana gelen olaylar şöyle açıklanabilir. Birinci elektromanyetten geçen I1 akımı ve oluşturduğu Ø’1 manyetik alanı üst üstedir. Bu manyetik alan,diskte kendisinden 900 geride bir EMK (Ed1) oluşturur. Ed1 gerilimi diskin endüktansı olmadığını kabul edersek kendisi ile aynı fazda I1 akımının oluşmasını sağlar.

252

Şekil – 1 Endüksiyon sayaç ve ilişkin büyüklüklerin fazör diyagramı Aynı düşünce ile ikinci elektromağnetten geçen I2 akımı Ø’2 akısını, bu manyetik akı da diskte Ed2 gerilimini, Ed2 gerilimi ise İ2 akımını oluşturur. Buna ait vektör diyagramı Şekil – 1.b’de görülmektedir. Şekil – 1.a’da görüldüğü gibi İ1 akımı Ø’2 alanı içinden, İ2 akımı ise Ø’1 alanı içinden geçerler. Manyetik bir alan içinde bulunan ve içinden akım geçen iletkene tesir eden kuvvetin ifadesi F = İ x Ø’dir. Görüldüğü gibi manyetik akıların yönleri aynı fakat içlerinden geçen akımlar ters işaretli olduğu için diske tesir eden toplam kuvvet, dolayısıyla döndürme momenti bu iki kuvvetin farkı olacaktır. Şekil – 1.b’den görüldüğü gibi uygulanan akımlar dolayısıyla manyetik akılar arasında açısı kadar bir faz farkı vardır. Sinuzoidal birer alternatif değişken olan manyetik alan ifadelerini yazalım, Ø’1 = Ø1 . cos wt Ø’2 = Ø . Cos (wt - ) Manyetik alanların diskte hasıl ettikleri gerilimler -d Ø’1 Ed1 = ------------- = w Ø1 Sin wt dt

253

-d Ø’2 Ed2 = ------------- = w Ø2 Sin (wt - ) dt Bu gerilimlerin diskte oluşturdukları akımlar Ed1 İ1 = ----------- = kw Ø1 sin wt Z Ed2 İ2 = ----------- = kw Ø2 sin (wt - ) dir. Z Z disk empedansıdır ve değişmediği ve ayrıca endüktansının ihmal edildiği var sayımı ile k katsayısını oluşturmuştur. Karşılıklı manyetik akıların bu akımlar ile oluşturdukları kuvvetler ise; F1 = İ1 Ø2 = kw Ø1 sin wt x Ø2 . Cos (wt - ) F2 = İ2 Ø1 = kw Ø2 sin (wt - ) . Ø1 . Cos wt Farkını alır ve açı farkı olan trigonometrik oranları açarsak F = F1 – F2 = kw Ø1 sin wt Ø2 (Coswtcos + Sinwtsin) – kwØ2 (sinwtcos - cos wt + sin) Ø1 Cos wt = k Ø1 Ø2 (Sinwtcoswtcos + sin2wtsin - sinwtcoswtcos + cos2wtsin) = k Ø1 Ø2 sin (sin2wt + cos2wt) sin2wt + cos2wt = 1 olacağından ve F x d momenti vereceğinden diske tesir eden moment ifadesi Md = k’ Ø1 Ø2 sin olur. Moment ifadesinin basit olarak anlamı, diske uygulanan iki manyetik akı, bu iki manyetik akı arasındaki açının sinüsü ve bir k’ katsayısının çarpımıdır. Elektromanyetlerden birine ölçülecek tüketim kaynağının akımı, diğerine de gerilimi uygulansın. Akım uygulanan mağnette oluşan manyetik akı, akımın fonksiyonu olarak akım ile üst üstedir. Dolayısıyla Ø1 = k” I yazılabilir. İkinci mağnete gerilim uygulanacağından çok sarımlı ve ideal halde gerilim devresi akımı ile gerilim arasındaki açı 900’dir. Birinci mağnet akımı ile ikinci mağnet akımı, dolayısıyla mağnet akılar arasındaki açı S = 90 - açısıdır. Ø2 = k”’ U olduğundan buna göre moment ifadesi Md = k’ k’’ k’’’ UI Sin (90-)’dir. k’ k’’ k’’’ = yazarsak ve Sin (90 - ) = cos olduğundan Md = kUI cos olur.

254

Diske uygulanan moment ile disk dönmeye başlayacaktır. Dönme hareketi herhangi bir fren kuvveti ile dengelendiği takdirde, değişmeyen döndürme ve hızla doğru orantılı frenleme kuvvetleri ile disk sabit bir hızda dönecektir. Fren kuvvetini temin için bir daimi mıknatıs kullanılır. Daimi mıknatıs alanının diskte meydana getirdiği fuko akımları ve dolayısıyla frenleme kuvveti, diskin dönüş hızı ile doğru orantılıdır. Frenleme momentini Mf = C x hız (tur/saat) olarak yazalım ve belli bir yük için eşitleyelim. tur C x --------- = KUI cos saat C UI cos x saat C I ------ = ---------------------- , ------ = K’ , ------ = K ve UI cos x saat = kWh K tur K K’ tur olacağından K = -------- şeklinde bir sabit bulunur. kWh Diskin dönüş hızı ile enerji arasındaki oranı belirleyen ve disk sabitesi de denilen bu sabiti, başka bir deyişle, sayaçtan 1 kWh enerji geçtiğinde diskin kaç tur yapacağı şeklinde de anlayabiliriz. 2.2. Endüksiyon Sayacının Yapısı Şekil – 2’de görülen sayacın ana parçaları şunlardır. 1. Manyetik nüve, 2. Gerilim bobini, 3. Akım bobini, 4. Frenleme mıknatısı, 5. Yataklar, 6. Numeratör ve dişli tertibi, 7. Alüminyum disk, 8. Sonsuz vida, 9. Boşta dönmeyi önleme tertibi, 10. İç ayar açısı halkası, 11. Kompanzasyon halkası.

255

Şekil – 2 Elektrik enerjisi sayacı 1. Manyetik Nüve: Manyetik nüvenin görevi akım ve gerilim tarafından oluşturulan manyetik akıya uygun geçiş yolu temin etmek ve bu arada istenilen miktardaki manyetik akının da disk üzerinden geçmesini sağlamaktır. Manyetik devreler akım devresi ve gerilim devresi olmak üzere iki kısma ayrılır. a. Gerilim Devresi: Gerilime ait manyetik devrenin diske yakın kısmında kısa bir hava aralığı bırakılır. Böylece diske yönelen kaçak bir akı oluşturulur. Sayaç diskini çalıştıran gerilime ait manyetik akı budur. Endüksiyon prensibi açıklanırken gerilim devresinin ideal bir self olduğu kabul edilmiş idi. Pratikte gerek gerilim bobininin omik direnci, gerekse diskten manyetik akının geçmesi, gerilim ile, gerilime ait akımın dolayısıyla Øu’nun arasındaki açının 900 değil = (90 – θ) gibi daha küçük olmasına sebep olur. Bu yüzden, gerilim elektromağneti olabildiği kadar endüktif yapıldıktan başka, kosinüsfi ayarı denen ayarla elektromağnet düzeni öyle ayarlanır ki, Øu akısı U geriliminden 900 geri fazda ve efektif değeri U ile orantılı olur. Bunun için diskten geçen manyetik akı yoluna iletken bir halka konularak iç ayar açısı denilen açısı 900’ye kadar yaklaştırılır.

256

Yine gerilim manyetik akısının diske geçen kısmı üstüne gölge kutup oluşturacak şekilde ayarlanabilen ikinci bir iletken çerçeve konulur. Bunun iki görevi vardır. Biri, daha önce açıklanan iç ayar açısını düzeltmek, ikincisi de aynı zamanda küçük yük ayarı için sayaç diskine doğru yönde ek bir moment uygulamaktır. Sayaçlarda küçük yük ayarının gerekliliğini şöyle açıklayabiliriz. Tam yükte mil yataklarındaki ve mile bağlı sayıcı dişlilerindeki sürtünmeler ihmal edilebildiği halde, küçük yüklerde bu belirsiz statik sürtünme momentlerini hesaba katmamız gerekir. Bunun için standartlarda belirtilen diskin % 0,5–1 x IN de harekete geçebilmesi için diske doğru yönde ek bir moment uygulanarak yatak ve dişli sürtünmelerinin kompanzasyonu sağlanır. b. Akım Devresi: Akım devresi manyetik nüvesi gerilim devresi nüvesinden daha basit yapıdadır. Genellikle U şeklinde yapılırlar. 2. Gerilim Bobini: Gerilim manyetik devresi üzerine ince bobin telinden çok sarımlı olarak sarılmıştır 100 V’luk sayaçlar genellikle ölçü gerilim trafoları ile; 220, 380 V olanlar ise şebekeye doğrudan bağlanırlar. 3. Akım Bobini: Akım elektromağneti üzerindeki akım bobini iki eşit sargılı olup kalın telden yapılmış az sarımlı bir bobindir; nominal akımı çok kere 5 A olup, bazı sayaçlarda 10 A ya da daha büyük bir değer olabilir. Akım bobini anma akımının 3 katına devamlı, arıza akımlarına ise termik ve dinamik olarak dayanabilecek şekilde imal edilirler. 4. frenleme Mıknatısı: Sayaç diskine uygulanan dönme momentini belli bir hızda dengeleyen daimi bir mıknatıstır. Daimi mıknatıs, kutupları arasından geçen diskte oluşturduğu fuko akımları vasıtası ile hıza bağlı düzgün bir frenleme yapar. Diski frenleyen mıknatısın kutuplarını dönme eksenine yakınlaştırıp uzaklaştırmakla sayacın tam yük ayarı yapılır. Bu ayar sayaç nominal değerleriyle tam yükte çalışırken yapılır. Böylece, sayacın, nominal akımı ve nominal gerilimi ile çalışırken ve akımla gerilim aynı fazda iken enerjiyi doğru göstermesi sağlanmış olur.

257

5. Yataklar: Sayaçların hareketli kısmı olan diskler eksenel olarak dikey çalıştığından alt ve üst yatakları farklı yapılır. Sayaçlarda mıknatısla sağlanan frenleme etkisi dışında bütün sürtünmeler mümkün olduğu kadar küçültülmeye çalışılır. Bu sebeple, özellikle alt yatak bütün ağırlığı taşıdığından ölçü aletlerine oranla daha değişik yapıdadır. a. Alt Yatak: Genellikle taşlı ve bilyeli yapılır. Şekil – 3.a’da görüldüğü gibi sert ve yüzeyi düzgün taşlardan yapılmış iki yatak arasında yine sert paslanmaz çelikten yüzeyi çok düzgün bilyeden oluşmuştur. Yataklar, mekanik darbelerden etkilenmeyi önlemek için yay üzerine oturtulmuştur. Alt yataklar özel yağlarla yağlanır. b. Üst Yatak: Ağırlık bulunmayacağından daha basittir. Sabit kısma tutturulmuş iğne şeklinde bir pim ile bu pimin içine gireceği yatak malzemesinden yapılmış hareketli kısımdan meydana gelmiştir (Şekil – 3.b). Sabit kısım gövdeye vidalanarak tutturulur.

Şekil – 3 6. Sayaç Düzeni: Sayaç düzeni; disk mili üstündeki sonsuz vida, disk milinin dönme hareketini numaratöre aktaran dişli tertibi, numaratör ve sayaç plakasından oluşur (Şekil – 4).

258

Şekil – 4 Sayaç düzeni a. Dişli Tertibi: Disk sabitesinin 1 kWh için diskin kaç tur yapması gerektiğini belirttiği daha önce anlatılmıştı. Numaratörün 1 kWh kaydetmesi için son tamburun 1/10 tur yapması gerekir. Disk sabitesi 1200 olan bir sayacın diski 1200 tur yaparsa numaratörün son tamburu 1/10 tur yapacaktır. Buna göre dişli oranının 1/1200 olması gerekir. Ancak ölçü trafoları ile kullanılan sayaçlarda ölçü trafo oranı ortak düşünülerek numaratör 10 ve katları ile çarpılır. Sayaçlarda dişli oranından faydalanılarak disk sabitesi ve numaratör çarpanı (kWh çarpanı) arasındaki ilişkinin doğruluğunu araştırabiliriz. Z ile gösterebileceğimiz dişli oranı Z = D1 . D3 . D5 / D2 . D4 dür. k ile gösterdiğimiz disk sabitesini kWh/tur olarak yazmak için 1/k şeklinde gösterelim. Buna göre K = Z/10k yazılabilir. Burada: k: Numaratör çarpanı (1, 10, 100, 1000 vs)

k: Disk sabitesi (tur/kWh) Z: Dişli oranı D1 / D5 ait oldukları dişlilerin diş sayısı Örneğin: k = 2.4 tur/kWh için; 2400 Z = 2400, K = ----------- = 100 olmalıdır. 10 x 2,4

259

b. Numaratörler: Sayaç numaratörleri tamburlu ve ibreli olmak üzere iki çeşit yapılırlar.

Şekil – 5 Tamburlu numaratörler Tamburlu numaratörlerde okunan sayı doğrudan doğruya enerji miktarını verir. Genellikle numaratörün kenarına bu enerji miktarının birimi ve varsa çarpanı yazılmıştır. Şekil – 5.a’da okunan 61059 x 10 kWh olduğu anlaşılmalıdır. Müşteri sayaçları okunurken son sayının tam belirlenemediği durumlarda numaratörün en sağında bulunan çizgiye en yakın sayı alınır. Numaratörün en sağındaki rakamın kenarında bulunan ondalık çizgiler endeks almada değerlendirilmez. Yine Şekil – 5.b’de görülen son rakamın virgülle ayrılması ve genellikle kırmızı renge boyanması bu rakamın ondalık kısım olduğunu belirler ve endeks almada değerlendirilmez. Ondalık kısımlar sayaçların uzun süreli muayenesinde ve sayacın açılmadan dişli oranının kontrolunda kullanılır. Şekil – 5.c’de ise çift numaratör görülmektedir. Numaratörlerin yanında bulunan ok, işaret vs. hangi numaratörün devrede olduğunu gösterir. Değişik enerji tarifeleri için kullanılır. Tarife değişikliği sayacın içinde bulunan ve dışardan kumanda edilen bir röle vasıtası ile yapılır. Numaratörlerin sol tarafındaki HT yüksek tarifeyi NT ise normal tarifeyi ifade eder. İbreli numaratörler ise dişli oranları 1/10 olan dişli çarklar ile yapıldıklarından yapımı daha basit olmakla birlikte okuma yaparken daha dikkat isterler. Her rakamın kesin değerini bir önceki rakam belirler. Şekil – 6’da görülen numaratördeki sayı şöyle okunur. Binler basamağındaki sayı bir olarak görülmektedir.

260

Kesin değerini öğrenmek için yüzler basamağına bakılır. Burada ibre sıfırı geçtiği için binler basamağındaki sayı birdir. Yüzler basamağındaki ibre sıfırdan önce olsaydı, binler sayısı sıfır, yüzler sayısı dokuz olacaktı. Aynı düşünce ile okumaya devam edilirse sayının tamamının 1037 olduğu bulunur. Birim olarak kWh verildiğinden 1037 kWh olur.

Şekil – 6 İbreli numaratörler c. Sayaç Plakaları:

Şekil – 7 Sayaç plakası Sayaç plakalarında numaratör penceresinden başka sayaç için gerekli diğer bilgiler bulunu. Şekil – 7’de görülen sayaç plakasında okunan şu şekilde değerlerdir. Numaratörde okunan sayı kWh olarak enerji miktarıdır. Sayacın üç fazlı olduğu numaratörün altında yazılı. Üretim yapan firma bu sayacı MG 17T tipi ile adlandırmış. Fabrika seri numarası 0022686. 3 x 380 / 220 V’ta çalıştığı bildirildiğine göre nötr iletkeni bağlanabilir ve ileride görüleceği gibi dört telli bir sayaç olduğu nominal akımının 10 A olduğu

261

anlaşılıyor. Akımın yanındaki (30) sayısı sayacın geniş sahalı bir sayaç olduğu hata sınırları içinde 30 A’e kadar yüklenebileceğini göstermektedir. Anma akımlarının 1,25 katına kadar yüklenebilen sayaçlarda parantez içinde max akım belirtilmez. Ayrıca 50 Hz’de çalıştığı, disk sabitesinin 165 olduğu ve imal yılının 1976 olduğu görülüyor. Standartlar ayrıca diskin dönüş yönü işaretini ve disk penceresinin ortasına muayene işareti koymayı şart koymaktadır. Sayaç plakalarında ayrıca sayaç ölçü trafoları ile bağlanacak ise ölçü trafoları oranları da verilir. Şeklinde bir işaret ise sayacın ters yönde enerji uygulandığında numaratörün silme yapmayacağını gösterir. Böyle sayaçlara tırnaklı sayaç, geri dönmesiz sayaç denir. Bu sayaçlardan bazı tiplerinin diski ters dönüyor görünse de numaratörleri silme yapmazlar. 7. Boşta Dönmeyi Önleme Düzeni: Sayaçların küçük yük ayarının sadece gerilime bağlı olarak ileri yönde bir moment oluşturduğu görülmüştü. Aynı zamanda yatak sürtünmesini de kompanze eden bu ayar bazen akım olmadığı halde diskin çok az dönmesine neden olabilir. Böyle bir dönme hata değildir. Ancak disk üzerindeki işaretli kısım ön tarafa gelince disk durmalıdır. Şekil – 2 – (9)’da görülen bu düzen, disk mili üzerinde bulunan ince manyetik bir kol ile gerilim devresinden etkilenerek veya bağımsız olarak mıknatıslandırılmış sabit bir kısımdan ibarettir. Diskin işaretli kısmı ön tarafa gelince bu iki parçada karşı karşıya gelirler. Mıknatıslanmadan dolayı birbirini çekeceklerinden disk durur. Bunun ayarı öyle yapılır ki, sayaca küçük bir yük uygulandığında disk dönmeye başlar. Normal çalışmada, iki parça karşı karşıya gelmeden birbirini çekip, ayrılma sırasında frenleme yapacağından, çalışmasına tesir etmez. 3. SAYAÇ DEMANTMETRELERİ 3.1. Demant (Max. Güç Kullanımı) Bir müşterinin bir günlük çalışma rejimi incelenirse, ihtiyacına göre bazı zamanlar düşük güçle, bazı zamanlar da ise oldukça büyük bir güçle çalıştığı tespit edilebilir (Şekil – 8). Müşteri elektrik tesislerini kurarken teçhizatını max. güç olan Pm değerine göre kurmak zorundadır. Bu durum enerji aldığı sistem içinde doğrudur. Yani üretim, iletim, dağıtım tesisleri de Pm gücüne göre tesis edilmelidir. Oysa müşteri örnek olarak Pm/2 gücünde devamlı çalışabilseydi, aynı enerji miktarını kullanmasına rağmen, teçhizat boyutları daha küçük olabilecek idi. Darbeli çalışan, maksimum güçleri ile minimum güçleri çok farklı olan müşterilerin, çalışma rejimlerinden dolayı büyük seçilen teçhizatın masraflarına katılmasını sağlamak amacı ile max. güçlerin tespit edilmesi gerekir.

262

Şekli – 8 Müşterinin bir gün zarfında çektiği güç 3.2. Demantmetreler tüketicilerin en büyük güç kullanımını belirlemek için sayaçların içinde bulunan aygıtlara demantmetre denir. Demantmetreler ani gücü değil belli bir zamanki ortalama gücü verirler. Bunu için demantmetreleri watmetre olarak düşünmemelidir.

Şekil – 9 Demantmetre düzeni

263

a. İbreli Tip Demantmetreler: Diskin dönüş hareketi numaratöre iletildiği gibi ikinci bir dişli tertibi ile de ibreyi (Şekil – 9’da d1, d2, d3 dişlileri ile Ii ibresini) döndürmektedir. Ii ibresi döndükçe bağlı olduğu yay tarafından ilk konumuna getirilmeye çalışılır. d2 ve d3 dişlileri ayrılabilir durumdadır. Gerilim devresinden beslenen senkron motor, dişlileri vasıtasıyla T tamburunu sabit bir hızla döndürür. Demant zamanı dediğimiz ve TEK tarafından 15 dakika kabul edilen, T tamburunun bir turunun zamanıdır. Böyle bir tertipte, T tamburu üzerindeki kama ve manivelalar vasıtası ile d2, d3 dişlilerini 15 dakikada bir ayıracak ve itici ibre yay vasıtası ile ilk konumuna gelecektir. Is ibresi serbest konumludur. Küçük bir güçle hareket ettirilebilir ve bırakıldığı yerde kalır. Gerçekte itici ibrede gösterici (sürüklenen) ibre gibi, fakat ondan daha büyük bir güçle belli bir değere yükselmişken mekaniki olarak sıfırlanabilir. d2, d3 dişlilerinin ayrı kalma süresi 15 saniyeden azdır. Gerek Ii ibresini gerekse Is ibresini sayacın dışından sıfıra getirecek bir düzen bulunur. Bu düzen mühürlenebilir bir yapıdadır ve mühürü koparmadan kullanma imkanı yoktur. Demant düzenleri sayaç içinde ayrılabilen bir şekilde yapılmıştır ve demant için gerekli bilgileri içeren etiketi genellikle ayrıdır. Bu bilgiler içinde demant çarpanı denilen skalanın en küçük bölümünün ne kadar gücü ifade ettiğini bildiren çarpan, demant zamanı, dişlilerin ayrı kalma süresi (çözülme süresi) gibi bilgiler bulunur. Bazı sayaç demantmetrelerinde itici ibre bir röle vasıtası ile sıfıra getirilir. Röleye kumanda eden zaman ünitesi sayaç içinde olabildiği gibi dışında da olabilir. Bu gibi zaman ünitesi dışarıda olan demantmetrelerde zaman ünitesi bağlanmadığı takdirde gösterici ibre ya son değere dayanır, ya da hiç yükselmez. Aynı düşünce ile zaman ünitesi herhangi bir nedenle çalışmayan ve bu ünite sayaç içinde bulunan demantmetrelerde gösterici ibre, disk dönüyorsa sona dayanır. Zaman ünitesinin çalışmama nedenlerinin başında, senkron motorun bağlı olduğu fazdaki gerilim kesilmesi ya da senkron motorun arızalanması gösterilebilir. Gösterici ibresi sona dayanmış bir sayacın enerji ölçümünde yapacağı hata standartlarda sınırlandırılmışsa da, pratikte çoğunlukla bu sınırlar aşıldığından böyle bir sayacı devrede uzun süre tutmak hatalı olabilir. Demant ibresi sona dayanmasına rağmen sayaç hatasına tesir etmeyen demant tertipleri de vardır. Bu tip demant tertibi olan sayaçlar tabii ki tercih edilmelidir. b. Tamburlu Tip Demantmetreler Tamburlu tip demantmetrelerin çalışma prensibi ibreli tiplerden çok farklı değildir. İtici ibre tamburlu tiplerde görülmez. Tambur genellikle küçük yapıldığından ön pencerede tambur önünde bir mercek bulunur. Zaman ünitesinin çalışıp çalışmadığı yine bir pencereden görülebilir. Bazı tamburlu demantmetrelerin sıfırlanması zaman ünitesinin motorundan yararlanarak gerçekleştirilmektedir. Gerilim yokken demantmetre sıfırlanmıyorsa, gerilimli halde denemeden demantmetrenin hatalı olduğu hakkında kararı vermemelidir.

264

4. SAYAÇLARIN ŞEMATİK GÖSTERİLİŞİ Tek fazlı sayaçların geleneksel şematik gösterilişi Şekil – 10’daki gibidir. Böyle bir gösterişte yatay çizgi akım bobinini, düşey çizgi ise gerilim bobinini, daire ise diski temsil etmektedir. Sayaçlarda da watmetrik bir ölçü aleti olduğuna göre, diskin doğru yönde dönmesi için akım ve gerilimin uygun bağlanması gerekmektedir. Şematik gösterişte akımın giriş yönü sol taraf, gerilimin giriş yönü ise alt taraftır. Watmetrik ölçü aletlerinde polarite adı verilen bu girişler işaretlenmesine karşılık sayaçlarda işaretlenmez. Sayaçların devreye nasıl bağlanacağı çoğunlukla kapaklarında şema olarak verilmektedir. Uygulamada hem akım yönü hem de gerilimin yönü ters olursa sayaç ünitesi diske yine doğru yönde moment uygular. Bununla birlikte herhangi bir hataya neden olmamak için gelenekselleşmiş gösteriş ve uygulama tercih edilmelidir.

Şekil – 10 5. ÜÇ FAZLI SİSTEMLERDE ENERJİNİN ÖLÇÜLMESİ Üç fazlı sayaçlar, bir fazlı sayaçların, ölçüme prensiplerine uygun olarak bir araya getirilmeleri ile oluşturulmuşlardır. Üç fazlı sistemlerde enerji ölçümü, temelde iki yöntem ile yapılmaktadır. 5.1. Üç Fazlı Nötrlü Sistemlerde Enerji Ölçümü üç fazlı sistemlerde enerji ölçümü, çoğunlukla dengesiz durum için düşünülmelidir. Nötrlü sistem deyine de akla, sayacın enerjisini ölçtüğü sistemin nötrü topraklanmış şekli gelmelidir (Şekil – 11).

265

Şekil – 11 Üç fazlı nötrü topraklı sistemlerde, enerji ölçümü, üç ölçü elemanı ile yapılmalıdır. Üç ölçü elemanı ayrı ayrı olabileceği gibi aynı milin üzerindeki disklere tesir ederek de yapılabilir. Üç adet tek fazlı sayaç kullanıldığı takdirde, bu üç sayacın kaydettikleri enerjiler cebrik olarak toplanırsa üç fazdan çekilen enerji bulunmuş olur. Üç tane ayrı ayrı tek fazlı sayaç kullanmak hem pahalı, hem de demant ölçme amacına uygun olmadığı için üç üniteli dört telli tabir edilen sayaçlar tercih edilir. Dört telli sayaçlarda iki yada üç disk bulunur. Üç ünite, disklere ayrı ayrı, doğru yönde tesir eder. Her ünite bir fazın akımı ile o fazın faz-nötr gerilimine bağlanır (Şekil – 12). Sayacın tek fazından enerji çekilse bile sayaç bu tip enerjiyi doğru ölçer. Üç fazlı dört telli sayaçların matematiksel ifadesi ise, N = VA Ia cos A + VB Ib cos B + VC Ic cos C dir.

Şekil – 12

266

Burada, N : Sayaca tesir eden toplam gücü, VA.B.C : Faz-nötr gerilimlerini, Ia.b.c : Faz akımlarını ifade eder. Üç faz dört telli sayaçlarda, her ünitenin diğerlerinden bağımsız olduğu düşünülerek, yalnızca kendine uygulanan akım gerilim ve güç faktörü ile orantılı dönme momenti oluşturduğu gözden kaçmamalıdır. 5.2. Üç Fazlı Nötrsüz Sistemlerde Enerji Ölçümü Nötr irtibatı yapılmamış veya üçgen bağlı üç fazlı dengesiz sistemlerde (Şekil – 13) iki ünite ile güç veya enerji ölçümü yapılabilir. Böyle bir sistemde anlık güç; n = VA İa + VB İb + VC İc + dir. Üç fazlı nötrsüz sistemde, sıfır bileşen akımı olmadığından yada üç faz akımının toplamı sıfır olacağından, İa + İb + İc = 0 , İb = - (İa + İc) yazılabilir. İlk denklemde İb yerine konulursa, n = VA İa - VB (İa + İc) + VC . İc n = İa (VA – VB) + İc (VC – VB) bulunur.

Şekil – 13 Son eşitliğin anlamı; A fazı akımı ve VAB gerilimini bir ünite, C fazı akımı ve VCB gerilimini diğer bir ünite ölçer ve bunlar toplanırsa üç fazlı sistemdeki toplam enerji ölçülmüş olur. Hesaplama kolaylığı yönünden efektif değerler kullanılıp akım ve gerilimler mutlak değer olarak eşit alınırsa Şekil – 14.b’deki bağlantıda aynı diske tesir eden iki ünitenin ölçtükleri enerjiler aşağıdaki gibi bulunur;

267

N1 ünitesi : N1 = VFF Icos (30+) N2 ünitesi : N2 = VFF Icos (30-) Disk milinde bunlar toplanacağından toplam enerji; N = VFF Icos (30+) + VFF Icos (30-) N = VFF I [cos (30+) + cos (30-)] cos (30+) = cos 30 cos - sin 30 sin cos (30+) = cos 30 cos + sin 30 sin Trigonometrik açılımlardan yararlanarak; N = VFF I [cos 30 cos - sin 30 sin + cos 30 cos + sin 30 sin] N = VFF I x 2 cos 30 cos bulunur. Cos 30 = √3/2 olduğundan, N = √3 VFF I cos gücü bulunur. Bu ise üç fazlı bir sistemde güç ifadesidir. Buna ait vektör diyagramı Şekil – 14.a’dadır. Aron montajı denilen iki üniteli böyle bir montajın değişik bağlama şekilleri Şekil – 15’de görülmektedir.

Şekil – 14

268

Şekil – 15 Şekil – 16.b’deki gibi bir bağlantı yine iki üniteli üç telli yani aron sayaç olarak bilinir. Görüldüğü gibi her ünitede iki akım bobini vardır. Şekil – 16.a’ya göre ünitelere gelen güçler şöyle yazılabilir; Icb = √3 I Iab = √3 I olduğu düşünülerek N1 = √3 I VFN cos (30-) N2 = √3 I VFN cos (30+) N = N1 + N2 = √3 I VFN [cos (30-) + cos (30+)] cos (30-) ve cos (30+) açılırsa, N1 = √3 I VFN (2cos 30 cos) ve cos 30 = √3/2 olduğundan N = 3 I V cos bulunur. V’nin faz nötr gerilimi olduğu bilindiğinden bu ifadenin üç fazlı sistemde güç ifadesi olduğu dolayısıyla sayaca üç fazlı sistem gücünün uygulanmış olduğu anlaşılır.

269

Şekil – 16 6. AKTİF SAYAÇLARIN DEVREYE BAĞLANMASI 6.1. Tek Fazlı Sayaçlar Tek fazlı sayaçlar, özel haller dışında, devreye direkt, ölçü trafosuz bağlanırlar (Şekil – 17). Devreye doğrudan bağlanan sayaçlarda akım giriş ucu ile gerilim giriş ucu, genellikle, bir mandal vasıtası ile irtibatlanır. Böyle bağlanan sayaçlarda, sayacın ters dönme hatası olmaz. Tek fazlı sayaçların devreye bağlanmalarında, akım bobinine faz iletkeninin gelmesini sağlamak, dikkat edilecek en önemli özelliktir.

Şekil – 17

270

6.2. Üç Faz Dört Telli Sayaçlar a. Doğrudan Bağlama: Dört telli bir sayacın devreye doğrudan bağlantısında faz sırası önemli olmamakla birlikte her ünitenin akımının doğru girişi ve akıma ait faz geriliminin aynı üniteye bağlanması dikkat edilecek özelliklerdir. Nötr ucu bağlanmadığı takdirde önemli bir hataya neden olmaz. Bununla birlikte nötrün bağlanması uygun olur. Bu tip sayaçlar genellikle 100 A’e kadar imal edilirler. b. Dört Telli Sayaçların Akım Trafoları İle Devreye Bağlanması: Alçak gerilimde 100 A’den daha büyük akım çekilecek devrelerde sayaçlar, akım trafoları (redüktör) ile devreye bağlanırlar (Şekil – 18).

Şekil – 18

Böyle bağlantıda dikkat edilecek özellikler, doğrudan bağlamadaki gibidir. Ayrıca akım trafolarının polaritelerine dikkat edilmesi gerekir. Eğer var ise akım terminali ile gerilim terminali arasındaki köprüyü mutlaka çıkarmalıdır. Yüksek Gerilimde Kullanılan Dört Telli Sayaçlar: Yüksek gerilimli sistemlerde dört telli sayaçların devreye bağlanması hem akım, hem de gerilim trafoları ile yapılır. (Şekil – 19).

271

Şekil – 19 Dikkat edilecek özellikler diğer dört telli sayaçlarda olduğu gibidir. Farklı olarak gerilim trafoları da bulunduğu için polarite konusu daha çok önem kazanır. Dört telli sayaçlarda tereddütlerden biri V bağlı gerilim trafoları ile devreye bağlanıp bağlanmayacağıdır. Yük yönü izole ise, yani nötr ucu yük tarafında değil ise dört telli sayaçlar V bağlı gerilim trafoları ile bağlanabilirler. Uygulamada çoğunlukla bu hal görülmektedir. Tüketici nötrünün bağlı olması halinde, küçük müşterilerde gerilim simetrisizliğinden doğacak hata ihmal edilebileceğinden yine bağlanabilir. Büyükçe müşterilerde (1000 kW’den büyük) ise dört telli sayaçlar V bağlı gerilim trafoları ile kullanılmamalıdır. V bağlı gerilim trafoları ile kullanılan sayaçlarda, sayacın nötr terminaline hiçbir bağlantı yapılmamalıdır.

272

Üç telli sayaçlar, genellikle, yüksek gerilimli ve izole sistemlerde kullanılır. Bu yüzden ölçü trafoları ile kullanmak zorunluluğu vardır (Şekil – 20).

Şekil – 20 Burada da dikkat edilecek en önemli nokta ölçü trafoları polariteleri ve sayaca doğru girişlerdir. Bir çok halde sayaç diski doğru döndüğü halde gerçekte devreler hatalı olabilir. Üç telli sayaçlar, üç fazlı nötrlü sistemlerde ancak dengeli yüklerde doğru ölçme yapabilir. Üç telli sayaçların, üç fazlı nötrlü, dengesiz yüklerde de doğru ölçme yapabilmesi için üçgen bağlı 3 akım trafosu kullanılır. Böylece sayaçtan geçmeyen fazda ölçmeye iştirak ettirilmiş olur (Şekil – 21).

273

Şekil – 21 Şekil – 21.b’ye göre ünitelerin ölçtüğü güçler şöyle yazılabilir. Iab = √3 I , Icb = √3 I olduğu düşünülürse; N1 = √3 VFN I cos (30-) , N2 = √3 VFN I cos (30+) N = N1 + N2 = √3 VFN I [cos (30-) + cos (30+)] cos (30-) ve cos (30+) açılırsa; N = √3 VFN I (2 cos 30 cos ) cos 30 = √3/2 olduğundan N = √3 VFN I cos bulunur. Dolayısıyla sayacın üç fazlı sistem gücünü yazacağı anlaşılmaktadır. Üç fazlı nötrlü dengesiz yüklerde enerji ölçümü yukarıda izah edilen bağlantıya benzer 2 1/2 elemanlı sayaçlarda kullanılır (Şekil – 16).

274

7. REAKTİF SAYAÇLARIN DEVREYE BAĞLANMASI 7.1. Tek Fazlı Reaktif Sayaçlar Bir sayacın reaktif enerji yazabilmesi için diske, V I sin ile orantılı moment uygulaması gerekir. Bunu temin amacı ile çeşitli yollara başvurulur. Yöntemlerden biri iç ayar açısını 1800 yapmaktır. Bu nedenle iki gerilim bobini yerleştirilir. Bunlardan biri ØV1 diğeri dirençle ve ters giriş yapılarak ØV2 akılarını oluştururlar. Akıların açıları ve genlikleri öyle seçilir ki, bileşkeleri iç ayar açısının 1800 olmasını sağlar. Böyle bir sayaçta oluşacak moment; M = V I sin (180 - ) = V I sin yani reaktif enerjiyi ölçer hale gelmiş olacaktır (Şekil – 22.a) İkinci bir yöntem, hem akımın hem de gerilimin manyetik akılarını kaydırmaktır. Bunun için gerilim devresine seri konan, direnç, gerilim ile gerilim akısı arasındaki açının olmasına neden olur. Akım devresine paralel konan direnç ise akımı ikiye böler. Öyle ki I akımı ile I2 akımı arasındaki açı kadar yapılır. Böylece diske tesir eden moment; M = V I sin ile doğru orantılı olur (Şekil – 22.b)

Şekil – 22 Bunlardan başka, akım manyetik akısını 900 çevirerek yada direnç, self, kondansatör tertipleri ile M = V I sin momentini sağlayan tertipler yapılmaktadır.

275

7.2. Üç Fazlı Reaktif Sayaçlar Üç fazlı sistemlerde, aktif sayaçlarda yapılan küçük bir değişiklikle reaktif enerji ölçmek mümkün olmaktadır. Bunun için bir üniteye uygulanan gerilim 900 kaydırılırsa amaç gerçekleşmiş olur. a. Dört Telli Reaktif Sayaçlar: Üç fazlı sistemin gerilimleri eşit ve aralarındaki açı 1200 ise VBC gerilimi, VA geriliminden 900 geride fakat genliği √3 katı büyük olur. Şekil – 23’de görüldüğü gibi 1. üniteye, N1 = VFF I cos (90-) = VFF I sin ile orantılı güç uygulanmaktadır. Diğer üniteler de benzer şekilde düşünülürse uygulanan güç, N = 3 VFF I sin’dir. Bu ifade √3’e bölünürse, sayaç reaktif enerji kaydetmiş olur. Bölme işlemi, sayacın dişlileri vasıtası ile gerçekleştirilir. Dikkat edilecek en önemli özellik, faz sırasının sayaca doğru bağlanmasıdır. Şekil – 24’deki gibi ters olan faz sırası VBC geriliminin VA geriliminden 900 geride değil ileride olmasına neden olacağından; N1 = VFF I cos (90+) = VFF I sin İfadesinden de anlaşılacağı gibi sayacın endüktif yüklerde ters çalışmasına neden olur. Bu ise amaca uygun değildir.

Şekil – 23 Üç adet tek fazlı reaktif sayacın birleştirilmesi ile de dört telli reaktif sayaç yapılabilir. Böyle bir sayaçta faz sırasının ters olmasına sayacın ters dönmesine yol açmaz.

276

Şekil – 24 b. Üç Telli Reaktif Sayaçlar: Üç telli reaktif sayaçlar uygulamada iki şekilde gerçekleştirilir. b.1. TVC ile Kullanılan Üç Telli Reaktif Sayaçlar (Aktif üç telli sayacın gerilimlerini 900 geriye kaydırarak reaktif sayaç şeklinde kullanılması): Gerilimleri 900 geriye kaydırmak için iki adet trafo kullanılır (Şekil – 25). Böylece; I. ünite VFF I cos (60-) , II. ünite ise VFF I cos (120-) enerjisini ölçer. Bu iki değer toplanırsa; N = √3 VFN I sin ) reaktif enerjisi bulunur. TVC de denilen faz kaydırıcı trafo, özel sayacı ile birlikte kullanılır. Dolayısıyla faz kaydırıcı, aktif bir sayaç ile kullanılmamalıdır. Faz kaydırıcının L tarafı şebekeye I tarafı sayaca bağlanır. Faz kaydırma işlemi üç faza dayandığı için faz sırasının doğru olması gerekir. Ters olması halinde sayaç ters döner.

277

Şekil – 25 b.2. İç Ayar Açısı 60˚ Olan Üç Telli Reaktif Sayaçlar: Sayaçların iç ayar açılarını 60˚ yaparsak, Şekil – 26’daki bağlantı ile üç fazlı reaktif sayaçlar yapılabilir. İç ayar açısının düzenlenmesi, gerilim devresine seri direnç bağlayarak yapılabileceği gibi, gerilim sargısı direncinin büyük tutulması ile de gerçekleştirilebilir. I. ünitedeki diske tesir eden moment, M1= ØVBC Ø Ia sin (150-) II. ünite diskine tesir eden moment ise; M2= ØVAC Ø Ic sin (210-) Manyetik akılar yerine bunların fonksiyonu olan akım ve gerilimler yazılırsa moment ifadesi, M = K1 V I [sin (150-) + sin (210-)] M = K2 V I sin bulunur.

278

Buna göre sayaç, şebekenin reaktif yükü ile orantılı enerji kaydeder.

Şekil – 26 8. SAYAÇ ÇARPANLARI HESAP ÖRNEKLERİ Örnek 1: Etiket değerleri, Akım : 5 A Gerilim : 100 V Numaratör çarpanı : yok Demant çarpanı : 6 W Disk sabiti : 1800 tur/kWh Bu sayaçtan 1 kWh’lık enerji geçerse diski 1800 tur yapar. Demant skalasının en küçük taksimatı 6 W demektir. Yani demant skalasından 50 divizyon okunursa, 50 x 6 = 300 W max güç ölçülmüş demektir. Örnek 2: Gerilim : 220/380 V Akım : 400/5 A kWh çarpanı : 10 Demant çarpanı : 1,2 kW Disk sabiti : 7,5 tur/kWh

279

Bu sayacın numaratöründen okunan değer 10 ile çarpılacaktır; demant skalasının en küçük aralığı da 1,2 kW ile çarpılıp gerçek max güç bulunacak demektir. Primerden 1 kW enerji geçerse disk 7,5 tur yapar. Örnek 3: Gerilim : 30/0,1 V Akım : 150/5 A kWh çarpanı : 1000 Demant çarpanı : 40 kW Disk sabiti : 0,24 tur/kWh Sayaç belirtilen oranlarda ölçü trafoları ile bağlandığında numaratörden okunan değer, 1000 ile çarpılırsa gerçek enerjiyi ve ayrıca demant skalasının en küçük aralığı, 40 kW gücü verir. Birinci örnekteki sayaç, gerilimi 100 V ve akımı 5 A’i geçmeyen her yerde kullanılabilir. İkinci örnekteki sayaç, 380/220 V gerilimde ve sekonder nominal akımı 5 A olan ATO ile, üçüncü örnekte ise sayaç faz arası sekonder nominal gerilimi 100 V olan G.T. ve sekonder nominal akımı 5 A olan A.T. ile kullanılır. İkinci örnekteki sayaç, akım trafosuz bağlanırsa çarpanının değişmesi gerekir. Yani çarpanı; 400/5 = 80 kat küçülür. Bu hal için yeni çarpan, 10 -------- = 0,125 kWh olur. 80 Disk sabiti ise artık 1 kWh için 7,5 tur değil 1/80 kWh için 7,5 turdur. Buradan 1 kWh için, 1/80 kWh için 7,5 tur yaparsa 1 kWh için x ----------------------------------------- x = 7,5 . 80 = 600 tur bulunur. Demek ki sayacın üstündeki 400/5 oranı silinirse numaratörün çarpanı 0,125; disk sabiti ise 600 tur/kWh olur. Birinci örnekteki sayaç, 15/0,1 kV ve 200/5 A oranlı ölçü trafoları olan devrede kullanılabilir. Çünkü bu sayaca yine 100 V ve 5 A gelecektir. Primerdeki gerçek güç ise ölçü trafoları oranında büyüyeceğinden sekonderindeki sayacın numaratöründen okunan değer, ölçü trafo oranları ile çarpılmalıdır. Ölçü trafoları oranlarının çarpımı 150 x 40 = 6000’dir. önceki disk sabiti, 1 kWh için 1800 tur idi. Yeni durumda, sekonderden 1 kWh enerji geçtiğinden primerden 6000 kWh enerji geçecek ve disk sabiti,

280

6000 kWh için 1800 tur yaparsa 1 kWh için x -------------------------------------------- 1800 x = --------- = 0,3 tur/kWh olacaktır. 6000 Demant için yine aynı düşünce ile daha önce en küçük aralığı 6 W olan sayaçta, bu değer, 6 x 6000 = 36000 W yani 36 kW olmaktadır. Bir başka deyişle, bu sayaca yeni bir etiket konulacak olursa; ATO = 200/5 A, GTO = 15/0,1 kV kWh çarpanı : 6000 Demant çarpanı : 36 kW Disk sabiti : 0,3 tur/kWh yazılır. Üçüncü örnekteki sayaç, 100 V, 5 A’lık bir tüketiciye bağlansın. Bu durumda yeni çarpanlar şöyle bulunur: 1000 kWh çarpanı = ----------------------------- = 0,1111 olur. 30 150 -------- x ---------- 0,1 5 Güç çarpanı da aynı şekilde, 40 kW çarpanı = -------------------------- = 0,004444 kW = 4,44 W olur. 30 150 -------- x ---------- 0,1 5 Disk sabiti, önce 1 kWh için 0,24 tur olduğundan şimdi 1/9000 kWh için 0,24 turdur. 1 kWh için ise; 0,24 x 9000 = 2160 tur/kWh olur. Demek ki bu sayaç için yeni bir etiket yapılacak olursa; kWh çarpanı : 0,11 kWh Demant çarpanı : 4,44 W Disk sabiti : 2160 tur/kWh yazılması gerekir. Üçüncü örnekteki sayaç ATO = 75/5 A; GTO = 15/0,1 kV’lık bir devre için, 75 15 kWh çarpanı = 0,1111 x -------- x --------- = 250 kWh 5 0,1

281

75 15 Demant çarpanı, 4,44 x -------- x ---------- = 10000 W = 10 kW 5 0,1 Disk sabiti, 1 kWh için 2160 tur 75 15 Yeni durumda, 1 x -------- x --------- için 2160 5 0,1 2250 kWh için 2160 tur yaparsa 1 kWh için x ------------------------------------------ 2160 Disk sabiti = ------------ = 0,96 tur/kWh olacaktır. 2250 Özet olarak ifade edilirse, C : sayaç çarpanı etiket değeri, K : disk sabiti etiket değeri, DC : demant çarpanı etiket değeri, ATOd : devreye bağlandığı akım trafosu oranı, GTOd : devreye bağlandığı gerilim trafosu oranı, ATOs : sayaç üzerinde yazan A.T.O. GTOs : sayaç üzerinde yazan G.T.O. Ch : hesaplanmış sayaç çarpanı, DCh : hesaplanmış demant çarpanı, Kh : hesaplanmış disk sabiti, olduğuna göre yeni çarpanların hesabı aşağıdaki örneklerde verilmiştir. Etiketinde ATO, GTO bulunmayan sayacın, ATO ile devreye bağlanması halinde hesaplanmış çarpanları; K DCh = DC x ATO, Kh = ------- Ch = C x ATO ATO Örnek 4: Gerilim : 220/380 V Akım : x/5 A, C : yok (yani 1 kWh) DC : 30 W, K : 375 tur/kWh NOT: Etiketinde -/5 A, -/100 V yazan sayaçlar gerçekte, 100 V, 5 A olan sayaçlardır.

282

Sayaç 400/5’lik bir akım trafosu ile devreye bağlandığında yeni çarpan; 400 Ch = 1 x --------- = 80 5 400 DCh = 30 x --------- = 2400 W = 2,4 kW 5 375 Kh = --------- = 4,688 tur/kWh olur. 400 ------ 5 Etiketinde ölçü trafosu oranı olmayan bir sayacın ölçü trafoları ile devreye bağlanması ile yeni çarpanlar; K Ch = C x ATOd x GTOd, DCh = DC x ATOd x GTOd, Kh = ------------------- ATOd x GTOd şeklinde bulunur. Örnek 5: C : yok (1 kWh), DC : 0,1 kW, K : 1200 tur/kWh Böyle bir sayaç, ATOd = 400/5 A, GTOd = 6,3/0,1 kV’luk bir devreye bağlansın. Yeni çarpan, 400 6,3 Ch = 1 x --------- x --------- = 5040 kWh 5 0,1 400 6,3 DCh = 0,1 x --------- x --------- = 504 kW 5 0,1 1200 Kh = ------------------------ = 0,24 tur/kWh bulunur. 400 6,3 --------- x --------- 5 0,1 Etiketinde yalnız ATO bulunan 380/220 V’luk sayacın başka bir akım trafosu ile devreye bağlanması halinde yeni çarpanlar;

283

ATOd ATOd ATOs Ch = C x ---------- DCh = DC x ---------- Kh = K x ---------- ATOs ATOs ATOd Örnek 6: C : 10 kWh DC : 1200 W K : 3,84 tur/kWh ATO : 400/5 olan sayaç, ATO = 50/5 oranlı bir akım trafosu ile devreye bağlansın: 50/5 Ch = 10 x -------------- = 1,25 kWh 400/5 50/5 DCh = 1200 x -------------- = 150 W 400/5 400/5 Kh = 3,84 x -------------- = 30,72 tur/kWh 50/5 Etiketinde ATO ve GTO bulunan bir sayacın başka bir ATO ve GTO ile devreye bağlanması halinde çarpanlar: ATOd x GTOd Ch = C x ----------------------- ATOs x GTOs ATOd x GTOd DCh = DC x -------------------- ATOs x GTOs ATOs x GTOs Kh = K x -------------------- şeklinde bulunur. ATOd x GTOd Örnek 7: Etiketinde C = 100 kWh; DC = 40 kW; K = 0,6 tur/kWh ATO = 400/5A; GTO = 6,3/0,1 kV yazan bir sayaç, devreye 30/5 A ve 30/0,1 kV’luk ölçü trafoları ile bağlandığında yeni çarpanlar;

284

30/5 x 30/0,1 Ch = 100 x ----------------------- = 35,7 kWh 400/5 x 6,3/0,1 30/5 x 30/0,1 DCh = 40 x ----------------------- = 14,29 kW 400/5 x 6,3/0,1 400/5 x 6,3/0,1 Kh = 0,6 x ------------------------ = 1,68 tur/kWh bulunur.

30/5 x 30/0,1 Doğruluğundan emin olduğumuz bir sayaç, yük değişiminin çok az olduğu bir devrede çalışıyorsa, bu devredeki ortalama gücü sayaçtan bulabiliriz. Bunun için demantsız olan bu sayaçta diskin belli turu sayılır. 20 tur çoğunlukla yeterli olur. Tur sayılırken geçen zaman saniye olarak tespit edilir. n x 3600 P = ---------------- ifadesi gücü verir. K x t n : sayılan tur sayısı, K : disk sabiti (tur/kWh), t : tur sayılırken ölçülen zaman (saniye), p : hesaplanan güç (kW). Örnek 8: Devredeki sayaç etiketi, Akım : 400/5 Gerilim : 220/380 V Disk sabiti : 7,5 tur/kWh Ölçülen zaman : 45 sn. Bağlı olduğu ATO : 400/5 Sayılan tur : 20 20 x 3600 P = ------------------- = 213 kW 45 x 7,5 Örnek 9: Devredeki sayaç etiketi, Akım : 5 A Gerilim : 100 V Disk sabiti : 1800 tur/kWh Ölçülen zaman : 90 sn. Bağlı olduğu ATO : 15/5 A Bağlı olduğu GTO : 33/0,1 kV Sayılan tur : 20

285

Burada önce sekonder cinsten güç bulunur. 20 x 3600 P = ----------------- = 0,444 kW 90 x 1800 Ölçü trafo oranları ile çarpılarak gerçek primer güç bulunur. 15 33 P = 0,444 x -------- x --------- = 440 kW 5 0,1 Örnek 10: Devredeki sayaç, Akım : 400/5 A Gerilim : 380/220 V Disk sabiti : 3,84 tur/kWh Ölçülen zaman : 105 sn. Bağlı olduğu ATO : 600/5 Sayılan tur : 20 Önce sayacın etiketindeki 400/5 oranına göre gücün, 20 x 3600 P 400/5 = ----------------- = 178,57 kW 105 x 3,84 sekonder, yani ölçü trafosuz değeri bulunur. Sayaç ile gerilim ölçü trafolarının nominal sekonder gerilimleri farklı ise çarpanlar şöyle hesaplanır: Örnek 11: Sayaç etiketi; ATO : x/5 A GTO : x/100 V Sayaç çarpanı : 10 olsun. Devreye bağlandığı ölçü trafoları; ATO : 50/5 A GTO : 34,5/0,11 kV ise Sayacın yeni çarpanı, ATOd x GTOd 50/5 x 34,5/0,11 CH = -------------------- x C = ------------------------- x 10 = 3136 ATOs x GTOs 1 x 1

286

Örnek 12: Sayaç etiketi, ATO : 75/5 A GTO : 10,5/0,11 V Sayaç çarpanı : 100 olsun. Devreye bağlandığı ölçü trafoları; ATO : 200/5 A GTO : 34,5/0,1 kV ise, Sayacın yeni çarpanı, 200/5 x 34,5/0,1 CH = ------------------------- x 100 = 963,81 olur. 75/5 x 10,5/0,11 9. BİRDEN ÇOK BESLEME KOLUNUN BİR SAYAÇTA TOPLANMASI Trafo merkezlerinde birden fazla fiderden enerji alan müşterilerin demant değerlerinin iki fidere konacak sayaçların aritmetik toplamı ile yapılması hatalı olur. Bu durumda vektörel toplam yapmak gerekir. Birden fazla fiderin toplanması iki türlü yapılır. 9.1. Toplayıcı Akım Trafoları Şekil – 27’de görüldüğü gibi aynı akımları, bir akım trafosunun primerinden geçirilirse aynı çekirdeğe ve sekondere etki edeceklerinden vektörel olarak toplanırlar. Toplayıcı A.T. kullanımında dikkat edilecek özellikler: a. Sayaç çarpanı hesaplanırken, çarpan hesabına ait kurallar aynen

uygulanır. Sonuç ayrıca toplayıcı akım trafosu oranı ile çarpılmalıdır. Eğer toplayıcı akım trafosu 5+5+5/5 ise 15/5 = 3 ile çarpılacaktır.

b. Akımı toplanacak fiderlerin akım trafo oranları aynı olmalıdır. c. Toplayıcı akım trafosunun primer sargı sayısı toplanacak fiderlerden

fazla ise mesela üç primerli toplayıcı akım trafosu iki fider için kullanılacaksa üçüncü giriş kısa devre edilmemelidir.

d. Sayaç etiketi :

ATO : 5 A GTO : 100 V Sayaç çarpanı : 10 Devreye bağlandığı ölçü trafoları . Akım Trafoları = fider 1 ve 2 için 400/5 Gerilim Trafoları = 34,5/0,1 kV. Toplayıcı akım trafosu 5+5+5/5 olup bir sekonderi kullanılmıyor.

287

SAYAÇ YENİ ÇARPANI ATOd * GTOd 5+5+5 (400/5) * (34,5/0,1) C = ------------------- * C * ----------- = -------------------------- * 10 * 3 = 828000

ATOs * GTOs 5 1 * 1

C = 828000’dür.

Şekil – 27

288

9.2. İmpulslu Sayaçlarla Enerji Ölçümü İki ve daha çok fiderin enerjisi, impulslu sayaçlarla, değişik orandaki akım ve gerilim trafoları, ile toplanıp tek bir sayaçtan enerji tespiti yapılabilir. Ayrıca impulslu sayaçlarla uzaktan ölçme imkanı da vardır. Ölçü sistemi, iki bölümden oluşmuştur; Toplanacak fiderlerde bulunan ve belli miktar enerji geçince işaret gönderen bilinen endüksiyon sayaçları ile bu sayaçlardan aldığı işaretleri elektro mekanik tertiplerle toplayan ve adına toplayıcı denilen bölüm. 9.2.1. İmpulslu Sayaçların Yapısı a. İmpuls Verici Sayaç: Bilinen klasik endüksiyon sayaçları ile aynı yapıdadır. Ek olarak, hareketini milden alan ayrı bir dişli düzeni sonunda, dişlilerin diskten aldığı hareketle kapanıp açılan bir kontak bulunur. Dişli oranı öyle ayarlanır ki; sayaçtan istenen miktarda enerji geçince, kontak bir defa kapanıp açılır. Kapalı kalma süresi 1 sn civarındadır. b. Toplayıcı: İmpuls verici sayaçtan gelen işaretle çalışan toplayıcıda, adım motoru denen, toplanacak fider sayısı kadar motor, bu motordan hareket alan dişliler ve diferansiyel dişliler tarafından hareketin toplanarak iletildiği numeratör vardır. Prensip şeması, Şekil – 28’de iki fider için görülmektedir. Daha fazla fider için ikişer ikişer diferansiyel dişli eklenerek, aynı numeratöre hareket iletilir. 9.2.2. Çalışma Prensibi I. fiderden 10 kWh gibi belli bir enerji geçince fider sayacı kontağını bir kere kapar ve açar. AA ile çalışan toplayıcıdaki M1 motoru hareket eder. Kontak açılıp enerji kesilmesine rağmen motor, N numeratöründen 10 kWh’lık enerji kaydı yapacak kadar dönmeye devam eder. Bu sırada, fider II sayacının kontağı da kapanırsa, M2 motoru da çalışmaya başlar. Her iki hareket, D diferansiyel dişlisi vasıtası ile toplanarak numeratöre iletilir. Dikkat edilmesi gereken en önemli özellik, her iki sayaç için bir impulsun, primerde aynı enerji miktarının karşılığı olmasıdır. Toplayıcı, uzaktan da kumanda aldığından her fiderin enerji miktarını ayrı ayrı görebilmek için, N1 ve N2 numeratörleri de vardır. Çarpan hesabı ise endüksiyon sayaçlarında olduğu gibidir.

289

Şekil – 28 Örnek: Fider I ve II için, ATO : 1000/5 A GTO : 34,5/0,1 kV Yine fider I ve II’ye aynı tip impulslu sayaç bağlı olup etiket değerleri: ATOs : 400/5 A GTOs : 34,5/√3/0,1/√3 kV Sayaç çarpanı : 1000 kWh Disk sabiti : 0,0357 İmpuls sabiti : 1 İmpuls = 40 kWh (Csi) Tipi : 3 faz 4 telli C3Y4 İmalatçı firma : Schlumberger Teletotalizör de denilen toplayıcı etiket değeri: N1, N2 ünite numeratörleri için enerji çarpanı : 100 kWh (Ct) N1, N2 ünite için 1 impuls : 10 kWh (Cit) N toplayıcı ünitesi için enerji çarpanı : 1000 kWh (CT) KWh1 ve kWh2 sayaçları için hesabı impuls konstantının bulunması: ATOf x GTOf 1000/5 x 34,5/0,1 Csih = ------------------ x Csi = ------------------------- x 40 = 100 kWh ATOs x GTOs 400/5 x 34,5/0,1

290

Fiderlere bağlı sayaçların 1 impulsu, gerçekte 100 kWh’tır. Toplayıcıdaki N1 ve N2 ünite numeratörlerindeki Ct = 100 kWh çarpanı, 1 impuls = 10 kWh’e göre olduğundan, gerçek çarpan; Csih 100 Cth = ------------------ x Ct = ---------- x 100 = 1000 kWh (N1, N2) Cit 10 N toplayıcı toplam numeratörü hesabı çarpanı: CTh N numeratör çarpanı (CT = 1000 kWh), ünitelerindeki (Ct = 100 kWh) çarpana göredir. Bu çarpanın hesabi değeri, Cth = 1000 olarak değiştiğine göre Cth 1000 CTh = -------- x CT = --------- x 1000 = 10000 kWh olur. Ct 100 10. SAYAÇLARDA HATALI BAĞLANTILAR 10.1. Genel Sayaçların yanlış değer göstermeleri, iki temel nedene dayanır. Bunlardan birincisi, sayaçların devreye uygun bağlanmamasından meydana gelen hatalar; diğeri ise sayaçların çalışma prensipleri ve yapıları bahsinde belirtilen sayacın zati hatalarıdır. Devreye yanlış bağlama durumunda, hesaplama ile bulunacak doğru değerin, çoğu kere (başka bir yöntem bulunamadığı için), tahmini değer olduğu bilinmelidir. Genel olarak, hata hesapları varsayımlarla yapılmaktadır. Dört telli bir sayaçta bir faz akımı sayaca ters girerse, sayaç yazması gereken değerin 1/3’ünü yazar denildiğinde, yükün dengeli olduğu varsayımına dayanılmıştır. Oysa dört telli sayaçlar, dengesiz sistemlerde kullanılır yada 100 V gelmesi gereken gerilim bobinine devre hatasından dolayı 173 V gelmiş ve sayaç hatası bu gerilime göre hesaplanmışsa, sayaca gerilim toleransı olan % 10’un çok dışında bir gerilim uygulandığından, bulunacak sonuç yaklaşık olacaktır. Düzeltme faktörü, yük açısına bağlı olarak bulunmuş ise kullanılacak yük açısı, özel bir süreye ait değil, uzunca bir sürenin ortalaması olmalıdır. Hatalı çalışmanın olduğu dönemdeki enerjinin hesap yöntemi ile bulunan değeri, doğru çalışma dönemleri ile de kıyaslanmalıdır. Bu iki sonuç arasında % 10 mertebesindeki fark normal sayılıp, hesaplama sonucu esas alınmalıdır. Çok fark olması halinde, hatalı devre tespitinde de hata yapıldığı kabul edilerek, doğru kıyas yapmak gerçeğe daha yakın olacaktır. Ayrıca, tüketicinin özelliklerini araştırmak, güç ve enerji arasındaki oran, tüketici üretim yapıyor ise üretim içindeki enerji payı, mevsimlik çalışma gibi teknik ve istatistiki bilgiler, hatalı dönem için daha doğru bir sonuç bulunmasında yardımcı faktörlerdir.

291

10.2. Tek Fazlı Sayaçlar Bir fazlı sistemde, tek fazlı sayaçların devreye hatalı bağlanma ihtimalleri çok azdır. Böyle sayaçlarda, iki tip hata yapmak mümkündür. Birincisi, akımın yada gerilimin ters bağlanması sonucu sayacın ters çalışmasıdır. Çok az bir yük ile bu durum anlaşılacağından, hemen düzeltilebilir. Diğer bir yanlışlık, faz iletkeninin akım bobininden geçmesi gerekirken, nötr hattının bağlanmasıdır. Böyle bir hatalı bağlantıda, tüketici, toprak iletkeni ile sayaç çalışmadan enerji kullanabilir. 10.3. Üç Fazlı Sistemlerde Devre Hatası Sonucu Sayacın Hatalı Çalışması ve Düzeltme Faktörlerinin Bulunması Sayaçların hatalı devre bağlantısı durumunda yazacakları enerjiyi bulmak için izlenecek genel yol; her üniteye gelen akım, gerilim, akım ile gerilim arasındaki açının kosinüsünü ayrı ayrı kendi aralarında çarpmak ve sonuçları toplamaktır. Bulunan sonuç, D ile gösterilen düzeltme faktörü ile çarpılıp doğru enerjiye eşitlenir. Bu eşitlikte D eşitliğin bir tarafında bırakılırsa düzeltme faktörü bulunmuş olur. a. Dört Telli Sayaçlarda Hatalı Devre Bağlantıları: Dört telli bir sayaç, Şekil – 29’daki gibi devreye bağlanmış olsun. Bu sayaçta birinci üniteye A fazı akımı ve gerilimi, ikinci üniteye B fazı akımı ters ve C fazı gerilimi, üçüncü üniteye C fazı akımı ve B gerilimi gelmiştir. Akımlar dengeli kabul edilerek hesaplama şöyle yapılır.

Şekil – 29

292

Hatalı bağlantı şemasına dayanarak Şekil – 30’daki vektör diyagramı çizilir.

Şekil – 30 I. ünitenin ölçtüğü büyüklük;

N1 = V I cos II. ünitenin ölçtüğü büyüklük; -Ib ile Vc arasındaki açı 60 + olduğundan,

N2 = V I cos (60+) III. ünitenin ölçtüğü büyüklük; Ic ile VB arasındaki açı 120 + olduğundan,

N3 = V I cos (120+) [VA = VB = VC = VF.N = V] bulunur. Her üç ünitenin kaydettiği enerji, sayaç diskinde toplandığına göre;

N = V I cos + V I cos (60+) + V I cos (120+) N = V I [cos + cos (60+) + cos (120+)]

İki açının toplamı şeklindeki cos terimleri açılarak, V I [cos + cos 60 cos - sin60 sin + cos 120 cos - sin120 sin] cos 60 = 1/2, sin 60 = √3/2, cos 120 = -1/2, sin 120 = √3/2 yerlerine yazılır. N = V I (cos + 1/2 cos - √3/2 sin + -1/2 cos - √3/2 sin) birbirinin eşi olan terimler toplanırsa,

293

N = V I (cos - √3 sin) bulunur. Görüldüğü gibi sayaç 3 V I cos terimine eş büyüklüğü ölçemediğinden düzeltme faktörü; V I (cos - √3 sin) x D = 3 V I cos 3 V I cos 3 D = -------------------------- = ---------------- dir. V I (cos - √3 sin) 1 - √3 tg Sayacın hatalı çalıştığı dönem için güç faktörünün 0,7 olduğu kabul edilirse; cos = 0,7 ; = 45,60 ; tg = 1,02 olur. 3 n = --------------- = -3,9 1-√3 x 1,02 Düzeltme faktörünün eksi çıkması, sayacın hatalı dönemde ters çalıştığı anlamındadır. Buna göre, hatalı dönem başlangıcı ile sonu arasında sayacın geri dönerek yazdığı enerji 3,9 ile çarpılırsa, yaklaşık olarak bu dönem için gerçek enerji bulunmuş olur. Tablo – I’de dört telli sayaçların bağlanmaları sırasında yapılabilecek hata şekilleri ve her ünitenin ölçeceği enerjiler verilmiştir. Üst satırda sırası ile ünitelere gelen gerilimler sol sütunda ise sıra ile ünitelere gelen akımlar, akımlarla gerilimlerin kesiştikleri bölümlerde ise o ünitenin kaydettiği enerjiyi simgeleyen harf bulunur. Toplam enerji, bir kare içindeki üç enerjinin toplanmasıyla bulunur. Akımlardan ters giren varsa kare içindeki harfin ifade ettiği enerjinin ters işaretlisi alınır. Gerilim bobinleri sayaç içinde bağlandığından, ters olma ihtimali yok denecek kadar azdır. Tablo – II ise Tablo – I’e ait kesişme karelerinin içindeki üç ifadenin sonucunu ve doğru sonucun alınması için düzeltme faktörlerini vermektedir. I. Tabloda kesişme yerlerindeki harflerin ifadeleri şunlardır:

X = V I cos Y = -V I (1/2 cos + 3/2 sin) Z = V I (-1/2 cos + 3/2 sin) dir. (V: faz-nötr gerilimidir.)

Ölçü trafoları ile kullanılan sayaçlarda; akım trafosu polarite tersliği varsa, akım ters girmiş demektir ve kesişme yerindeki harfin ters işaretlisi alınır. Gerilim trafosu polarite tersliği varsa; kesişim harfi yine ters işaretli alınır. Hem akım hem gerilim trafoları ters polarite ile sayaca girmişse, kesişim harfi kendi işareti ile alınır.

294

GERİLİM BOBİNLERİNE GELEN GERİLİMLER

I II III A B C

I II III A C B

I II III B A C

I II III B C A

I II III C A B

I II III C B A

AK

IM B

OBİN

LERİN

E G

ELE

N A

KIM

LAR

I II III

A B C

X X X

X Z Y

Z Y X

Z Z Z

Y Y Y

Y X Z

I II III

A C B

X Y Z

X X X

Z Z Z

Z X Y

Y Z X

Y Y Y

I II III

B A C

Y Z X

Y Y Y

X X X

X Y Z

Z X Y

Z Z Z

I II III

B C A

Y Y Y

Y X Z

X Z Y

X X X

Z Z Z

Z Y X

I II III

C A B

Z Z Z

Z Y X

Y X Z

Y Y Y

X X X

X Z Y

I II III

C B A

Z X Y

Z Z Z

Y Y Y

Y Z X

X Y Z

X X X

Tablo – I: Üç faz dört telli sayaçların bağlanma ihtimalleri ve ölçü sonuçları.

295

Tablo – I’den Alınan Değerler Üç Ünitenin Toplamı Düzeltme

Faktörü “D” X

X

Z

Y

X Z

Z

Y

X Y

Z

Y

3 V I cos O 1 √3 3 V I (- ---- cos + ----- sin )

2 2 1 √3 -3 V I (---- cos + ----- sin ) 2 2

1 (yok) -2 1 - √3 tg -2 1 + √3 tg

BİR

ÜNİT

E E

KSİ

-X

-X

X

X

-Z

-Y

X

Z

-Z Z Z Y

X

Y

Y

-Y

Z

Y

V I cos -2 V I cos V I (cos - √3 sin ) V I (cos + √3 sin ) 1 √3 V I (- ----- cos + ------ sin ) 2 2 1 √3 - V I (----- cos + ------ sin ) 2 2

3 3 - ----- 2 3 1 - √3 tg 3 1 + √3 tg -6 1 - √3 tg -6 1 + √3 tg

İKİ

ÜNİT

E E

KSİ

-X

-X

-X

X

-Z

-Y

-X

-Z

Z

-Z

-Z

-Y

X

Y

-Y

-Y

Z

Y

- V I cos - V I (cos + √3 sin ) - V I (cos - √3 sin ) 2 V I cos 1 √3 - V I ( - ----- cos + ------ sin )

2 2 1 √3 V I ( ------ cos + ------- sin ) 2 2

-3 -3 1 + √3 tg -3 1 - √3 tg 3 ----- 2 6 1 - √3 tg 6 1 + √3 tg

ÜÇ

ÜNİT

E E

KSİ -X

-X

-Z

-Y

-X -Z

-Z

-Y

-X -Y

-Z

-Y

-3 V I cos 0 1 √3 -3 V I (- ----- cos + ------ sin )

2 2 1 √3 3 V I ( ----- cos + ------- sin ) 2 2

-1 (yok) 2 1 - √3 tg -2 1 + √3 tg

TABLO – II: Üç faz dört telli sayaçların bağlantı şekline göre kaydedecekleri büyüklük ve düzeltme faktörleri.

296

Örneğin; Şekil – 29’daki hatalı bağlantıya göre sayacın yazacağı güç ve düzeltme faktörünü birde tablo yardımıyla bulalım. I. üniteye VA gerilimi ve A akımı , II. üniteye VC gerilimi ve –B akımı, III. üniteye VB gerilimi ve C akımı gelmektedir. Tablo – I’den ACB gerilim sırası ve ABC akım sırası bulunur. Kesişim karesinde I. ünite için X, II. ünite için Z, III. ünite için Y vardır. Yalnız II. ünite akımı ters olduğu için Z eksi alınır. Sonuç X -Z Y dir. Tablo – II’den X -Z Y için toplam güç N = V I (cos - sin √3 sin ) ve düzeltme faktörü D = 3/1 -√3 tg bulunur. Sonuç hesap yoluyla bulunan değerlerin aynısıdır. b. Üç Telli Sayaçlarda Hatalı Devre Bağlantıları “aron” Üç telli sayaçlar için hazırlanmış hata tabloları, üç ayrı gerilim trafosu kullanılmış ise gerilim trafolarında polarite hatası olmaması hali ile V bağlı gerilim trafolarında sekonder ortak uçların sayacı orta gerilim terminaline girmesi halleri için geçerlidir. Bu şartlar dahilinde her türlü hatalı bağlantı tablolarından bulunup düzeltme faktörleri kullanılabilir. Tablo – III’deki kesişim karelerindeki harflerin anlamları şunlardır:

X = U I (√3/2 cos - 1/2 sin ) Y = U I (√3/2 cos - 1/2 sin ) Z = U I sin

297

Ünitelere Gelen Gerilimler

A B C I II AB CB

A C B I II AC BC

C A B I II CA BA

B A C I II BA CA

B C A I II BC AC

C B A I II CB AB

Üni

tele

re G

elen

Akı

mla

r

I II

A

C

X

Y

Y

-Y

-Y

-Z

-X

X

Z

-X

-Z

Z I II

A

B

X

-Y

Y

X

-Y

Y

-X

Z

Z

-Z

-Z

-Y I II

C

A

Z

-Z

-X

Z

X

-X

-Z

-Y

-Y

Y

Y

X I II

B

A

-Y

-Z

-X

Z

Z

-X

Y

-Y

X

Y

-X

X I II

B

C

-Y

Y

-Z

-Y

Z

-Z

Y

X

X

-X

-X

Z I II

C

B

Z

-X

-Z

X

X

Y

-Z

Z

-Y

-Z

Y

-Y TABLO – III: Üç faz üç telli sayaçların bağlanma ihtimalleri ve ölçü sonuçları.

298

Tablo–II’den Alınan Değer Sonuç Düzeltme

Faktörü 1.

KIS

IM

X X Y Z -Y Z

Y

-X

-Y

-Z

-Z

-X

√3 U I tg 0 0 0 √3 3 -U I (------ cos + ----- sin )

2 2

√3 3 U I (- ------ cos + ----- sin ) 2 2

1

--

--

-- -2

1 + √3 tg

-2 1 - √3 tg

2. K

ISIM

-X X -X X -Y Y -Z Z Y -Z Z

Y

-Y

-X

X

-Y

Y

-Z

Z

-Z

-X

X

U I sin - U I sin - U I (√3 cos - sin ) U I (√3 cos - sin ) - U I (√3 cos + sin ) U I (√3 cos + sin ) - 2 U I sin 2 U I sin √3 1 U I (------ cos - ----- sin ) 2 2 √3 1 - U I (------ cos + ----- sin ) 2 2 √3 1 U I (------ cos + ----- sin ) 2 2

√3 cotg

-√3 cotg √3

-√3 + tg √3

√3 - tg -√3

√3 + tg √3

√3 + tg √3 - ----- cotg

2 √3

------ cotg 2 2 √3 √3 – tg - 2 √3 √3 + tg 2 √3 √3 + tg

TABLO – IV: Üç faz üç telli sayaçların hatalı bağlantı şekline göre

kaydedecekleri büyüklük ve düzeltme faktörleri.

299

Şekil – 31 1. Aron bağlı bir sayaç devreye Şekil – 31’deki gibi bağlı olsun. I. üniteye BC gerilimi A akımı, II. üniteye AC gerilimi –C akımı gelmektedir. Tablo – III’den BCA gerilim sırası ve AC akım sırası bulunur. Kesişim karesinde, I. Ünite için Z, II. ünite için –X vardır. II. ünite akımı ters olduğu için II. ünite kesişim karesindeki X artı alınır. Sonuç ZX’dir. Tablo – IV’den ZX için sonucun,

U I (√3/2 cos + 1/2 sin ) olduğu görülür. Düzeltme faktörü ise,

2√3 D = -------------- dir. 3 + tg

2. üç telli sayaç devreye Şekil – 32’deki gibi bağlı olsun. I. üniteye AB gerilimi -C akımı, II. üniteye CB gerilimi B akımı gelmektedir. Tablo – III’den ABC gerilim sırası ve CB akımları bulunur. Kesişim karesinde Z ve –x vardır. I. ünite akımı ters olduğu için –Z -X için,

N = - U I (√3/2 cos + 1/2 sin ) dir. Sayacın ters döndüğü anlaşılır.

- 2√3 D = -------------- ile çarpılarak doğru değer bulunur. √3 + tg

300

Şekil – 32 11. SAYAÇLARIN YERİNDE TESTLERİ Enerji ölçümünde yapılan hatalardan biri, sayacın yapım yada ayar hatasından kaynaklanır. Taşınma sırasında da sayaç içinde hataya neden olabilecek arızalar olabilir. Sayaçların ölçtüğü enerji, sayacın yapısı gereği, diskin yaptığı tur sayısı sayılarak bulunur. Sayaç numeratörü de diskin dönme sayısını yazıcı özelliği ile yazar. Ancak numeratör, diskin birçok turunu bir sayı ile gösterdiğinden, uzun zaman içindeki enerjiyi gösterir. Dolayısıyla, numeratörden okunan enerjiyi kontrol etmek için uzun zamana ihtiyaç vardır. Esasen numeratörden okunan enerjinin doğruluğunun kontroluna da uzun süreli test denir. Diskin son sayısını gözle izleyerek, aynı süre içinde doğruluğuna güvendiğimiz ve adına etalon sayaç denilen sayacı çalıştırarak yapılan teste de kısa süreli test denir. Eğer sabit ise,diskin belli tur sayısını doğruluğuna güvenilen ve yükün gücünü ölçen watmetre ile kıyaslayarak sayacın hata testi yapılabilir. Bu yöntem, çoğunlukla sayaç ayar masalarında kullanılır. Tur/kWh olarak verilen disk sabiti K, 1 kWh için diskin yapması gereken tur sayısıdır. 1/K ise kWh/tur şekline dönüşmüş disk sabitidir ve diskin 1 turunun kaç kWh enerji karşılığı olduğu anlamındadır. Sayaç diskinde sayılan tur sayısı 1/K ile çarpılırsa, n turu için sayacın kaydettiği enerji miktarı kWh olarak bulunmuş olur. Bulunan bu enerji, sayaç etiketinde yazılı şartlar altında geçerlidir. Yani, sayaç ölçü trafoları ile bağlı ise ölçü trafolarının primer tarafındaki enerji miktarını gösterir. Etalon sayaçlar ile böyle bir devrede ölçülen enerji ise, ölçü trafolarının sekonderindeki enerji miktarıdır. Disk sabiti, sekonder şekle, yani ölçü trafosuz şekle çevrilirse, etalon sayaç şartları eşitlenmiş olur. Bunun için n/K ifadesinde K sabitesinin ATOS, GTOS ile çarpılması gerekir. n/(ATOS x GTOS x K) ifadesi kWh olarak, doğrudan sayacın ölçtüğü enerji miktarıdır. Bu ifade 1000 ile çarpılırsa;

n x 1000 ------------------------ Wh ATOS x GTOS x K

301

Olarak n turun karşılığı, enerji miktarı bulunmuş olur. Wh olarak bulma gereği, etalon sayaçların enerjiyi Wh birimi cinsinden ölçmesi nedenine dayanır. Genel hata hesabı, yüzde olarak; WhS - Whe % h = --------------- x 100 ifadesi bulunur. Whe Burada, WhS; test edilen sayacın test süresince yazdığı enerji miktarı; Whe, etalon sayacının test süresi içinde yazdığı enerji miktarıdır. Birimleri Wh olarak alınmıştır. Etalon sayaçların yazdığı enerji miktarı da Wh olarak bulunmalıdır. Buna göre hata,

n x 1000 --------------------- - Whe ATOS x GTOS x K %H = ------------------------------------- x 100 olur. Whe Test edilen sayaç, devreye, etiketinde yazılan ölçü trafolarının dışında başka oranlı ölçü trafoları ile bağlansa dahi yukarıdaki ifade doğrudur. Esasen enerji kıyaslaması sekonder devrede yapıldığından, primer devredeki enerji miktarının testi, sayaç diskinin doğru çalıştığını belirler. Sayaç numaratörünün doğruluğu ayrıca kontrol edilmelidir. Numaratör kontrolü, uzun süreli test gerektirdiğinden ve ayrıca numaratörün sayma işlem hata ihtimali çok az olduğundan, enerji tespitinde şüpheli durum varsa uzun süreli test yapılmalıdır. a. Aktif Üç Faz Dört Telli Sayaçların Testi Aktif dört telli sayaçların testi, bir fazlı üç tane ya da üç ölçme elemanlı, dört telli, üç fazlı bir etalon sayaçla yapılır.

302

Şekil – 33 Şekil – 33’de, üç tane tek fazlı sayaçla testin bağlantı şeması görülmektedir. Etalon sayaçların akım devreleri, test edilen sayacın akım devrelerine seri bağlanır. Etalon sayaçların gerilim devrelerine üç faz gerilimi bağlanır. Gerilim dönüşleri ile nötr iletkeni, etalon sayacın başlatma durdurma butonuna bağlarınlar. Yine, test edilen sayacın diski gözlenir. Etalon sayaç çalıştırılıp n tur sayıldıktan sonra durdurulur. Hata hesaplaması,

N x 1000 ------------------------- - Ke (n1 + n2 + n3)

ATOS x K %H = ------------------------------------------------- x 100 Ke (n1 + n2 + n3) bağıntısı kullanılarak yapılır. Örnek: Test edilen sayacın akımı : 5 A Test edilen sayacın gerilimi : 220/380 V Test edilen sayacın disk sabiti : 825 tur/kWh Test edilen sayacın sayılan tur sayısı : 10 Etalon sayacın akımı : 5 A Etalon sayacın gerilimi : 220 V (faz-nötr) Etalon sayacın disk sabiti : 2,2Wh/tur Etalon sayaçlarda okunan değerler : n1 = 1,84

n2 = 1,85 n3 = 1,87

Etalon sayaç tipi : E2 x 21 AST

n = tur K = tur/Kwh Ke = Wh/tur K tur/wh ise n, 1000 ile çarpılmaz.

303

Hesaplama:

10 x 1000 ----------------- - 2,2 (1,84 + 1,85 + 1,87)

825 %H = ------------------------------------------------------ x 100 = - 0,91% 2,2 (1,84 + 1,85 + 1,87)

Bulunan hata kabul edilebilir sınırlar içinde olduğundan sayaç doğru çalışıyor demektir. b. Aron Aktif Sayacın Testi Aron sayacın iki tane tek fazlı etalon sayaç ile testi için Şekil – 34’deki gibi devreye girilir. Hata bağıntısı yine iki sayacın mukayesesi şeklindedir.

n x 1000 ------------------------- - Ke (n1 + n2 )

ATOS x GTOS x K %H = ----------------------------------------------- x 100 Ke (n1 + n2 ) Test edilen sayaçta, n tur sayılır. Burada da etalon sayaçlar, P butonu ile çalıştırılır, n tur sonunda, etalon sayaç durdurulur ve n1, n2 değerleri okunur. Örnek: Test edilen sayacın markası : Westinghouse Test edilen sayacın ATOS : 150/5 A Test edilen sayacın GTOS : 34500/115 V Test edilen sayacın disk sabiti : 2/3 Wh/tur Test edilen sayacın sayaçta sayılan tur : n = 3 Etalon sayacın akımı : 5 A Etalon sayacın gerilimi : 100 V Etalon sayacın disk sabiti : 1,2Wh/tur Etalon sayacın sayaçlarda okunan değerler : n1 = 0,78 n2 = 0,89 Etalon sayaç tipi : E2 x 21 AST

304

Şekil – 34 Test edilen sayacın disk sabitinin (2/3 Wh/tur) sekonder değer olduğu anlaşılmaktadır. Bu durumda sayacın yazdığı enerji miktarını bulmak için n/K’yı hesaplamak yeterlidir. Hata,

n x (tur) ---------------- - Ke (wh/tur) . (n1 + n2 )

K(tur/wh) %H = ------------------------------------------------------ Ke (n1 + n2 ) 2/3 wh/tur, 3/2 tur/wh eder.

3 ------- - 1,2 (0,78 + 0,89 )

3/2 %H = ----------------------------------- x 100 = - 0,2 % 1,2 (0,78 + 0,89) ---------- Not: K sabitesi tur/wh ise n değeri 1000 ile çarpılmaz. Ancak tur/kwh ise çarpılır. Disk sabiti tur/wh olduğundan sayacın ATOS ve GTOS değerleri varsa dikkate alınmaz. Sadece tur/kwh ise dikkate alınır.

305

c. Dört Telli Reaktif Sayacın Testi Reaktif sayaçların testi için reaktif ölçme de yapan tek fazlı etalon sayaç var ise Şekil – 33’deki devre kullanılır. Etalon sayacın reaktif çalışmasını, anahtarın sin pozisyonuna alınması sağlar. Aynen dört telli aktif sayacın hata testi gibi hesaplama yapılır.

Şekil – 35 Şekil – 35’de ise aktif bir fazlı etalon sayaçlarla, üç fazlı dört telli sistemde, sayaç testi devre şeması görülmektedir. Etalon sayaçların gerilim devresi faz arası gerilimine bağlanacağından gerilim kademesi buna göre seçilmelidir. Ayrıca, etalon sayaçların reaktif çalışması, akımın bağlı olduğu fazın 900 gerisinde bulunan faz arası gerilim kullanma ilkesine dayandığından, etalon sayaçların yazdığı değerler √3’e bölünmelidir. Test edilen sayaçta S anahtarı vasıtası ile etalon sayaçlar devreye alınır. Hata hesabı, n x 1000 ----------------------- - Ke x 1/√3 (n1 + n2 + n3) ATOS x GTOS x K % H = ------------------------------------------------------------ x 100 Ke x 1/√3 (n1 + n2 + n3) Bağıntısından yararlanarak yapılır. Ölçü trafolarından biri yada ikisi yok ise yerlerine 1 yazılır. Yine sayacın bağlı olduğu devredeki ölçü trafoları hata hesaplarında kullanılmaz.

306

Örnek: Test edilen sayacın akımı : 300/5 A Test edilen sayacın gerilimi : 220/380 V Test edilen sayacın disk sabiti : 12,5 tur/kVARh Test edilen sayacın tipi : Co Ge Co DU8 Test edilen sayaçta sayılan tur : n = 10 Etalon sayacın akımı : 5 A Etalon sayacın gerilimi : 380 V Etalon sayacın disk sabiti : 3,8 Wh/tur Etalon sayacın tipi : E2 21 AST Etalon sayaçta sayılan tur : n1 = 2,08 n2 = 2,02 n3 = 2,05 10 x 1000 ------------------ - 3,8 x 1/√3 (2,08 + 2,02 + 2,05) 12,5 x 300/5 % H = --------------------------------------------------------------- x 100 = -1,18

3,8 x 1/√3 (2,08 + 2,02 + 2,05) bulunur. d. Aron Reaktif Sayaç Testi Etalon sayaçlar, devreye aynen Şekil – 34’deki gibi bağlanırlar. Yine aktif aron sayaç testinde olduğu gibi, fakat reaktif sayaç diskin gözlenerek etalon sayaçlar çalıştırılır. İki tek fazlı sayacın aron bağlantısında √3 (n2 – n1) ifadesi, reaktif olacağından hata bağıntısı da,

n x 1000 ----------------------- - Ke x √3 (n2 – n1) ATOS x GTOS x K % H = --------------------------------------------------- x 100 şeklini alır. Ke x √3 (n2 – n1) Örnek: Test edilen sayacın akımı : 30/5 A Test edilen sayacın gerilimi : 34,5/0,1 kV Test edilen sayacın disk sabiti : 0,96 tur/kVARh Test edilen sayaçta okunan tur sayısı : n = 2

307

Etalon sayacın akımı : 5 A Etalon sayacın gerilimi : 100 V Etalon sayacın disk sabiti : Ke = 1 Etalon sayaçta okunan değerler : n1 = 0,74 n2 = 1,32 2 x 1000 -------------------------------- - 1 x √3 (1,32 - 0,74) 30/5 x 34,5 / 0,1 x 0,96 % H = --------------------------------------------------------------- x 100 = 0,18 dir.

1 x √3 (1,32 - 0,74) 12. ÜÇ TERİMLİ SAYAÇLAR TEK’in bazı müşterilerde üç terimli tarife ile enerji satışına geçme kararı üzerine, sistemimizde üç terimli tarifede enerji ölçümünde kullanılacak Schlumberger marka A6A11 tipi aktif sayaç ve beraberinde kullanılan ayrı bir cihaz olarak yine Schlumberger marka 11 – 21P tipi 3 tarifeli zaman saatinin etiket değerleri, bağlantı şeması ve çalışmasının izahı ile devreye almadaki ayar hususları aşağıda verilmiştir. 12.1. Sayaç Karakteristikleri ve Özellikleri Etiket anma adı : 3Ø – 4 telli Maksima ibreli aktif enerji sayacı Markası : Schlumberger Tipi : A6A11 C (Sabitesi) : 1111 dev/kWh 1 Div : 10 W 1 MS : 15 dakika/9 sn Gerilim : 3 x 100 / √3/100 Akım : 5 A Anılan üç terimli, demantlı aktif sayacı, tek terimli demantlı aktif sayaçtan ayıran en önemli özellik, tek numaratörlü olmayıp üç ayrı numaratörünün olması ve her bir numaratörü devreye alıp çıkarmaya yarayan sayaç içindeki iki adet numaratör bobininin bulunmasıdır (Şekil – 36’da N2 ve N3). Numaratörlere kumanda edecek numaratör bobinlerinin AC 100 volt kumanda gerilimleri, ayrı bir cihaz olan 3 tarifeli zaman saati tarafından ve yapılan harici bağlantılar ile aktif sayaç terminallerinin son kısmındaki N, P ve C terminallerine uygulanır (Şekil – 36). Sayaç numaratörleri yukarıdan aşağıya II, III, I olarak numaralanmış olup, bunların hemen solunda 2 adet hangi numaratörün devrede olduğunu belirleyen turuncu renkte işaret bayrağı vardır. Bayrağın altta (serbest konum) veya üstte (çekili) olmasına göre hangi numaratörün devrede olduğu her bir numaratörün sağındaki bayrak konum resimleri ile belirlenmiştir.

308

3 tarifeli sayacın demontmetresinin tarife saatlerinde bağımsız olarak devamlı devrede olduğu da önemli bir husustur. Tarife saat ayarları zaman saatinde yapıldıktan sonra zaman saati ve sayaç çalışır durumda iken, zaman saatindeki saat ayar diski ok işareti yönünde elle döndürülerek bayrakların konum değiştirmeleri izlenmeli; istenilen tarifenin doğru ayarlandığı ve numaratör bobinlerinin doğru çalıştığı tespit edilmelidir. 12.2. Üç Terimli Aktif Sayacın Zaman Saati ile Birlikte Bağlantı Şeması

Şekil – 36 12.3 Üç Tarifeli Zaman Saati Karakteristikleri ve Özellikleri Etiket anma adı : 3 Tarifeli zaman saati Tipi : 11-21P Alçak gerilim : 100 V 50 Hz Kontak Kapasitesi : 220 V AA – 12 A Enerji kesildiğinde 36 saat çalışma kapasiteli

309

Zaman saatinin 0 ile 24 arası saatleri gösterir ve ok işaretli yönde dönebilen ayar diski; önden arkaya doğru ve birbirine bağlı (1) Yeşil (2) Kırmızı (3) Yeşil, (4) Kırmızı disklerden oluşmuştur. Bu diskler üzerinde plastikten 8 adet ayar pimi mevcuttur. Bunlardan sadece 4 adeti kullanılarak istenilen 3 tarife seçilebilir. Diğer 4 adedi yedek olarak saklanmalıdır. Zaman saati devreye alınmak istendiğinde sağ üst kısımdaki “On-Off” anahtarı “On” konumuna alınmalı ve saatin çalışma sesi duyulmalıdır. Bilahare ayar primleri yerlerine oturtulduktan sonra ayar diski o andaki saati gösterecek şekilde diskin sağındaki sabit ok ucu ile karşılıklı gelecek şekilde ayarlanıp bırakılır. Enerji altında kendi kendini kuran saat enerji kesildiğinde 36 saat enerjisiz çalışabilmektedir.

Zaman saatinde,

MANUEL REWIND

İşareti, yanındaki kurma yayı boşaldığında gerektiğinde yukarı kaldırılarak kurma sağlanır.

310

ORTA GERİLİM DAĞITIM SİSTEMLERİNDE OTOMATİK TEKRAR KAPAMA ÖZELLİKLERİ VE İLKELERİ

1. GİRİŞ Tekrar kapama enerji şebekelerinde yaygın bir uygulama olarak kendini kabul ettirdi. Dünyanın değişik yerlerinde elde edilen raporlar yoğun yıldırım olaylarına maruz belirli şebekelerde arızaların sadece %5’inin devamlı olduğunu göstermektedir. Dolayısıyla geçici arızalara tekrar kapama rölesiyle müdahale önemli yararlar sağlar. Devamlı personel bulunmayan trafo merkezleri yada hücrelerde tekrar kapama röleleri elamanların görevini üstlenir ve ekonomik tasarruf sağlanır. Personelsiz trafo merkezleri tekrar kapama röleleri ve sinyal ileticileri (transmitter) ile donatılarak uzaktan denetlenebilir. Kısaca, tekrar kapama tertipleri işletme maliyetini azaltır, şebeke güvenilirliğini arttırır. 2. ARIZA TÜRLERİ 2.1. Geçici Arızalar Geçici arızaların özelliği kesici açıp kapanması ile birlikte, ölü zaman içinde kaybolmalıdır, yada kesici açmadan parafudrlarla temizlenirler. Yıldırım bu tür arızalara en bilinen nedendir. Hattaki aşırı gerilim genellikle izolatörler üzerinden ark atlamasına yol açar. Nadiren, ark kendi kendine söner. Bu demektir ki; arıza yerinde deiyonizasyonun sağlanabilmesi için hat açılmalı ve arıza tekrarlanmayacak şekilde enerjilenmeli. Geçici arızaların diğer nedenleri iletkenlerin rüzgarda sallanmasından ya da kar yığımından birbirine temasıdır. Ne yazık ki, kar yığılmasından dolayı olan iletken sallanması fazların ardarda birçok kez temasına yol açar ve arıza o zaman devamlı arıza olarak algılanır. Kuşlar, ağaç vb. yabancı cisimlere geçici temas da geçici arızalara neden olabilir. İklim farklılıkları, dizaynı, yıldırım sıklığı, arazi koşulları, gerilim seviyesi, hat dizaynı vb. geçici arızaların sayısını etkiler. Ortalama olarak, tüm hat arızalarının % 80’inin geçici arıza olduğu ve kesicinin tek kapamada tuttuğu tahmin ediliyor.

311

2.2. Yarı Geçici Arızalar Yarı geçici bir arıza, ölü zaman içinde kaybolmayan arızalardır. Bu tür bir arızanın nedeni, örneğin, hat üzerine düşen bir ağaç parçası olabilir. Tutmayan ilk tekrar kapamadan sonra hat ikinci kez enerjileninceye kadar yanar gider. Bu durumda ikinci tekrar kapama denemelerinin % 10’u başarılıdır. 3. denemede % 1-2 başarı görülür. Haliyle 2 kapamadan fazla tekrar kapama yapma genellikle anlamsızdır ve kesiciyi yıpratır. 2.3. Devamlı Arızalar İletken kopması, direk yıkılması, bir ağacın hatta yaslanması, yer altı kablolarının herhangi bir bölümündeki arızalar gibi devamlı arızalarda arıza yeri bulunmalı ve arıza giderildikten sonra enerjilenmelidir. 3. TANIMLAR

a. Arıza Zamanı (Sistem Karışıklık Zamanı) Arızanın başlamasından arkın sönmesine kadar geçen süredir.

b. Deiyonizasyon Zamanı Havai hatlarda arkın sönmesinden sonra hat tekrar kapanınca iyonların tekrar ark meydana getirmeyecek derecede havaya yayılması için geçen süredir.

c. Antipompaj Kesicilerde ve tekrar kapama devrelerinde devamlı arıza halinde, kapama kumandası, koruma rölesi ve kesici çalışma sürelerinden fazla sürerse kesiciye ardarda kumanda (açma, kapama, ...) pompalanmasını önlemek için konulan tertiptir.

d. Açma Zamanı Kesicinin açma bobininin enerjilenmesinden ark kontaklarının ayrılmasına kadar geçen süredir. (50 – 60 msn).

e. Kapama Zamanı Kesicinin kapama devresinin enerjilenmesinden kontakların temasına kadar geçen süredir. (70 – 90 msn).

312

f. Ark Zamanı Kesici kontaklarının ilk ayrılmasından arkın sönmesine kadar geçen süredir. (Yaklaşık 15 msn).

g. Kesici Ölü Zamanı Arkın söndürülmesinden kesici kontaklarının (kapama için) temasına kadar geçen süredir. (Sistem ölü zamanı da denilebilir).

h. Kesici Çalışma Zamanı Açma bobininin enerjilenmesinden arkın söndürülmesine kadar geçen süredir.

i. Yay Kurma Zamanı Kapama işleminden sonra motorun yayı tamamen kurması için gerekli süredir.

j. Tekli Tekrar Kapama Sadece bir tekrar kapama sağlayan tertiptir. Tekrar açma halinde kesici (kapaması) kilitlenir.

k. Çoklu Tekrar Kapama Arızada, kesicinin (kapamayı) kilitlemesinden önce birden fazla kapama işlemine izin veren tertiptir.

l. Yavaş Tekrar Kapama Kesicinin açmasından sonra 1 saniyeden fazla zaman içinde tekrar kapayan tertiptir.

m. Hızlı Tekrar Kapama Kesicinin açmasından sonra 1 saniyeden az zaman içinde tekrar kapayan tertiptir.

n. Tekrar Kapama Ölü Zamanı Koruma rölesinin, tekrar kapama rölesine ilk hareket vermesinden kesicinin kapama bobininin enerjilenmesine kadar geçen süredir.

313

o. Toparlanma (Reclaim) Zamanı Başarılı tekrar kapama halinde kesicinin kapama bobininin enerjilenmesinden daha sonraki arızada tekrar kapama rölesinin ilk hareket almasına kadar geçen süredir.

p. Kilitleme Kesicinin açmasından sonra, önceden seçilmiş sayıdan fazla tekrar kapamayı önleyen tertiptir.

r. Koruma Çalışma Zamanı arızanın başlangıcından koruma rölesinin açma gönderen kontağının kapamasına kadar geçen süredir. Tanımlar şematik olarak Şekil – 1’de gösterilmiştir.

314

315

4. O.G. DAĞITIM ŞEBEKELERİNDE TEKRAR KAPAMA Herhangi bir tekrar kapama tertibinin uygulamasındaki en önemli unsur, “Ölü Zaman ve Toparlama Zamanı” seçimidir. Önem sırasında bundan sonra tekli kapama mı çoklu kapama mı yapılması gerektiği gelir. Bu seçimler korumanın tipi şalt donanımı, sistemin tabiatı, tüketici yükleri üzerindeki çeşitli etkilerle belirlenir. O.G. Dağıtım şebekelerinde tekrar kapamanın şu yararları vardır.

a. Müşteriye enerji intikasının minimuma indirilmesi, b. Arıza ani olarak temizlenerek, arıza süresinin daha kısa, hasarın

daha az, devamlı arızaların daha az olması sağlanır. Havai hatlarda arızaların % 80 kadarı geçici olduğu için tekrar kapama kullanılarak inkitaların bertaraf edilmesinin yararı açıktır. Dahası, tekrar kapama belirli trafo merkezlerinin personelsiz işletilmesiyle tasarrufa imkan verir. Personelsiz merkezlerde arızadan sonra personelin gidip kesiciyi elle kapama sorunu büyük ölçüde çözülür. Halbuki bu uzak merkezlerde can alıcı bir sorundur. Ani açma yapan bir ünite ile birlikte kullanılabilen zamanlı röle koordinasyonlu korumada, tekrar kapama kullanmanın yararı çok büyüktür. Ani açma yaptırılmasaydı havai hat arızasının ark zamanı minimuma iner böylece devamlı arızaya dönüşme olasılığı olan bir geçici arızanın hatta yapılabileceği hasar minimuma indirilir. Ancak ani koruma uygulaması seçicilik olmadığı için arızasız fiderlerde de inkitaya yol açan açma yaptırır. Şekil – 2’de 6,3 kV 1 no’lu fiderdeki arızadan hem bu fiderin kesicisi ani açar hem de trafonun 6,3 kV çıkışındaki rölenin ani açtırmasıyla 2 ve 3 no’lu fiderler de arızasız oldukları halde inkita yapılır. Tekrar kapama birkaç saniye içinde bu kesicileri kapatır. Bu durumda geçici arızanın toplam etkisi çok fazla müşterinin kısa süreli inkitaya maruz kalmasıdır. Arızadan etkilenen müşteri sayısı yalnızca ani açmasız zamanlı röle koordinasyonuyla azaltılır, buna karşılık zaman büyür ve tekrar kapama şansı azalır.

Şekil – 2

316

Şurası unutulmamalı ki (Yukarda değinilen) ani koruma tekrar kapamayla birlikte kullanılıyorsa, ilk açmadan sonra ani korumayı devre dışı bırakabilecek bir düzenleme yapılmalıdır. Böylece eğer tekrar kapamadan sonra arıza devam ederse zamanlı koordinasyon arızalı bölümü zamanlı olarak açtırır. Bazı tertiplerde, ilk ani açmadan sonra yarı geçici arızanın yanıp gitmesi ve arızanın temizlenmesiyle sonuçlanan birkaç tekrar kapamaya ve zamanlı açmaya izin verilir. Her tekrar kapamadan sonra ani açma çalışacaksa iptal edilmeli sadece zamanlı açtırılmalıdır. Ani açmanın bir yararı da geçici arızaları temizlerken arktan önceki ısınmayı bertaraf ederek kesici bakım sayısını azaltmasıdır. Kısmen havai hat kısmen yer altı kablosu olan fiderler söz konusu olunca geçici arızaların sıklığı hakkındaki bilgiye göre tekrar kapama konulup konulmayacağına karar verilir. Arızaların önemli miktarı devamlı ise, haliyle, arızalı kablonun tekrar kapamadaki hasarı daha da büyüteceğinden tekrar kapamanın avantajı kalmaz. 5. O.G. TEKRAR KAPAMA TERTİPLERİNİ ETKİLEYEN FAKTÖRLER a. Ölü Zaman, b. Sistem Kararlılığı ve Senkronizm. Daha öncede belirtildiği gibi radyal fiderlerde kararlılık ve senkronizm sorunu yoktur, ancak bu şebekelerde sorun hattın her iki uçtan beslenmesiyle başlar. Örnek olarak bir fabrikanın kendi jeneratörlerini sistemle paralel çalıştırması, bir başka örnek nüfusun az olduğu yerlerde ortaya çıkar. Dizel jeneratörleri olan bir kasaba bir hatla şebekeye bağlanabilir. Aradaki hatta bir arızada senkronizm kaybolmadan tekrar kapama yapabilmek için ölü zaman deiyonizasyonu kurtaracak ölçüde küçük tutulmalıdır. Arıza (Sistem Karışıklık) zamanını büyüten diğer zaman gecikmeleri de mümkün olduğunca kısa tutulmalıdır. Esas olarak 50 msn mertebesinde çalışan pilot kablo ve mesafe koruma gibi hızlı korumalar kullanılmalıdır. Kesiciler arıza akımını 50-100 msn’de kesebilecek kapasitede olmalı ki 0,2-0,3 sn’lik ölü zaman sonunda tekrar kapama mümkün olsun. Hızlı koruma ve kesicilerin çok hızlı çalışmasından elde edilen bir yarar da arızanın çabuk temizlenmesiyle arıza akımının deiyonizasyon süresinin kısaltılmasıdır. O.G. sistemlerinde deiyonizasyonu başarmak için 0,1-0,2 sn yeterli olabilir. Bu çok hızlı tekrar kapama görevini başarmak için sadece en modern kesiciler uygun görülüyor.

317

Bazı hallerde faz açısının seçilen sınırlar içinde olup olmadığını denetleyerek tekrar kapamaya izin veren bir senkrokontrol rölesi konulması istenir. 5.1. Orta Gerilim sistemlerinde Tekrar Kapama Ölü Zamanının Müşteri Yüklerine Etkileri Bu yük çeşitleri şöyle sınıflanabilir. a. Sanayi Müşterileri Ölü zamanın senkron ve asenkron (indüksiyon) motorlar üzerinde etkileri önemli bir sorundur. Bir senkron motorun senkronizma kaybolmadan enerjisiz kalmaya izin verebileceği süre motorun ve yükünün eylemsizliğine bağlıdır, fakat son derece kısa olacağı açıktır. Haliyle, pratikte, sistemdeki arıza halinde motorun sistemden ayrılması arzu edilir, onun için ölü zaman motorun kendini devreden çıkarmasına fırsat verecek büyüklükte olmalıdır. Diğer yandan bazı önlemler alınarak enerji kesilmesi esnasında endüksiyon motorların çalışmaya devam etmesine izin verilebilir. Senkron motorun kendini sistemden koparması için minimum (0,3 sn) indüksiyon motorun çalışmasına devamı için maksimum (0,5 sn) ölü zaman önerilir. Görünüşte (0,4 sn) ölü zaman uygundur. Gerçekten de bazı başarılı uygulamaları olmaktadır. Bununla beraber bu uygulamanın önünde bazı engeller vardır: Bütün motor kumanda donanımı, motor karakteristikleri ve yük koşulları bilinmedikçe uygulanmamalıdır. Asıl zorluklar, bazı motorların sistemden ayrılmasına bazılarının da çalışmaya devamına yol açan ve üretim merkezlerinde tehlikeli ve hasarlı durumlara neden olan geniş yük değişimlerinden kaynaklanır. İndüksiyon motorlarla birlikte düşünülmesi gereken bir diğer nokta motor sistemden ayrıldıktan sonra kısa süreli gerilim meydana gelmesidir. Bu zaman içinde motor sistemle tekrar birleştirilirse, yalıtkan (izolasyon) delinmesiyle yada mekanik hasarla sonuçlanan faz açısı farkı tehlikesi vardır. Bu nedenle motorun sistemle yeniden birleştirilmesinden önce bu gerilimin sönmesi için zaman tanınmalıdır. Eğer indüksiyon motorun çalışmaya devamı isteniyorsa starterin motoru sistemden ayırmamasını sağlayan düzenlemeler yapılmalıdır. Genelinde bütün motorların sistemden ayrılmasına izin veren (3 – 10) sn’lik ölü zaman normal olarak tatmin edicidir, fakat elle kumanda ve emniyet cihazlarının sükunete gelmesi için ek zaman gerektiren fabrikalar, kömür işletmeleri gibi özel haller olabilir.

318

b. Sokak Aydınlatması Sokak aydınlatması özellikle hızlı trafik ve kalabalık yollarla birlikte titizlik isteyen bir iş halini almaktadır. Işıklar ne kadar az sönerse o kadar iyi olacağı açıktır. (10 sn)’den fazla karartma çok tehlikeli, çünkü bu durumda farların çakılması ve hızın yeni görüş uzaklığına göre ayarlanması gerekir. 1 yada 2 saniyelik kesinti kabullenilir. Bu süre içinde herhangi bir tehlikeli durum olacağı söylenemez. c. Ev Müşterileri Evlerde ne bir yüksek sıcaklık fırınının soğuması gibi pahalı işler nede motorların zarar görmesi gibi tehlikeli kaza olasılığı vardır. Ancak sakinlerin rahatsızlığı gündemdedir. Tekrar kapama yapılamadığı saatlerce süren elektrik kesilmesiyle kaçan televizyon programlarının, kokuşan yiyeceklerin, yanmayan ısıtıcıların yanında inkitanın birkaç saniyelik yada dakikalık ölü zamanla geçiştirilmesi tekrar kapamanın varlık nedenidir. Burada da televizyon cihazları biraz sorun çıkartır. Çünkü onlar (10 sn) içinde tekrar beslenmezse 2 yada 3 dakika daha beklenmelidir. 6. KESİCİ KARAKTERİSTİKLERİ Orta gerilim sistemlerinde bobinle, elle kumandalı ve motor kurmalı yağlı kesiciler çok kullanılmaktadır. Elle kurmalı tipi her tekrar kapamadan sonra elle kurmak gerektiği için cazip değildir. Motor kurmalı ve bobinli tipler elle müdahale yapılmaksızın ardarda tekrar kapama yapabilirler. Kesicinin açma ve tekrar kapama esnasında meydana gelen zaman gecikmeleri özellikle hızlı tekrar kapama için göz önünde tutulmalıdır. 6.1. Çalışma Zamanı (Kontak Açılma + Ark Sönme) Arıza sistemde gerilim düşümüne yol açıyorsa kesici çalışma zamanı etkin ölü zamanı uzatabilir. Modern kesicilerde bu zaman 50 – 100 msn’dir, eskilerde biraz daha fazlacadır. 6.2. Antipompaj Kesicilerde “serbest açma” özelliğidir. Arızalı bir devrede koruma rölesinden gelen açma kumandasıyla aynı anda kumanda anahtarı (yada tekrar kapama rölesi) kapama kumandası veriyorsa kesicinin serbest açması sağlanır. Böylece, antipompaj arıza üzerine kapamada kumanda anahtarından gelen kapama kumandasıyla aynı anda röleden gelen açma kumandasının ardarda kesiciye kumanda pompalamasını (açma, kapama, açma, ...) önler. Yani antipompajlama tertibidir. Buna, terminolojide xy düzeneği de denir. Şekil – 3’de 34,5 kv kesici elektriki şeması ve basit bir antipompaj devresi görülüyor. Kesici kapalı iken, hala kapama kumandası alıyorsa 9 – 10 no’lu hareket sonu kontağı açık olduğu için kapama

319

bobininin uzun süre enerjili kalarak yanmasını önler. Aynı zamanda ( 5 – 6) no’lu kontağını kapatarak antipompaj rölesinin enerjilenmesini ve kapama kumandası oldukça (5 – 6) kontağı üzerinden kendini kilitlemesini sağlar. Böylece antipompaj rölesi enerjili oldukça ( 2 – 5) kontağını açarak kapama yolunu keser “serbest açma” imkanı verir.

Şekil – 3 34,5 kV Kesici Elektriki Şeması Şemada röleler sükunete (enerjisiz) ve kesici açık konumda çizilmiştir. KR : Koruma Rölesi, Kea : Kumanda Anahtarı, TK : Tekrar Kapama Rölesi, Ke : Kesici, AP : Antipompaj Rölesi, AB : Açma Bobini, KB : Kapama Bobini, MLS : Motor limit switch (yay tamamen kurulu iken kapalı olan, aksi halde açık olan bir kontak) 6.3. Mekanizma Sükunete Gelme Zamanı Eğer kesicilerde mekanik “serbest açma” mekanizması varsa, kapama kumandasını ileten bu mekanizmanın “açma”dan sonra sükunete (kapamayı iletebilecek hale) gelmesi için belli bir süre geçmesi gerekir. Bu süre 0,2 sn mertebesindedir.

320

6.4. Kapama Zamanı Kapama mekanizmasının enerjilenmesinden kontakların kapamasına kadar geçen süredir. Bobinin zaman sabiti ve plungerin eylemsizliği yüzünden, bir bobin kapama mekanizması 0,3 sn olabilir. Diğer yandan yaylı bir kesici 0,2 sn’den daha kısa sürede kapar. 7. ARK ÜRÜNLERİNİN TEMİZLENMESİ O.G. yağlı kesicilerinin hızlı tekrar kapamada kullanılmasındaki sınırlamanın esas nedeninin biri, devamlı arıza üzerine tekrar kapamaya elverişli durumda olması için kesicinin ark kesme cihazlarının iyonlaşmış gazı, yanmış yağı temizlenmesi ve bütün yağını yenilemesi için gereken zamandan olduğu bilinir. Testler gösteriyor ki bu sınırlama düşünüldüğü kadar vahim değildir. Çünkü ark hücreleri yağı tamamıyla yenileyemediği zaman bile tatminkar kesme karakteristikleri elde ediliyor. Kesici mekanizması yukarıda (6,4) ve (6.5)’de değinilenlerin toplamından meydana gelen bir minimum ölü zaman empoze eder. Bu arada, pratikte etkin minimum ölü zaman, (6.2)’de değinilen çalışma zamanı tarafından artırılabilir. Yukarda (7)’de değinilen ark ürünlerinin temizlenmesi için gerekli zaman, mekanizma sükunete gelme zamanı ve kapa zamanının toplamına göre önemsizdir. 7.1. Arıza Yeri Deiyonizasyonu Başarılı tekrar kapama için kesicinin açıp arızayı durdurmasını takiben iyonların havaya yayılması için zaman gerekir. Bu zaman, sistem gerilimine, arızanın nedenine, hava koşullarına bağlıdır. Fakat 66 kV gerilime kadar 0,1 – 0,2 sn yeterlidir. Dolayısıyla orta gerilim sistemlerinde arıza deiyonizasyon zamanı kesicinin zaman gecikmelerinden daha önemsizdir. 8. KORUMA RÖLELERİNİN TEKRAR KAPAMA YÖNÜNDEN ÖZELLİKLERİ 8.1. Rölenin Sükunete Gelme Zamanı Eğer zamanlı koruma kullanılıyorsa, ölü zaman içinde zaman elemanının tamamıyla sükunete gelmesi şarttır. Böylece arıza üzerine tekrar kapamadan sonra doğru olarak zamanlı açma sağlanacaktır. Bilinen ters zamanlı rölelerin zaman ayarı maksimum olduğu zaman sükunete gelme zamanı 10 sn’dir ve ölü zaman en az bu değer kadar seçilmelidir. Kısa ölü zaman gerekiyorsa, röle ani olarak sükunete gelmelidir.

321

8.2. Toparlanma Zamanı a. Koruma Tipleri: Kesici devamlı arıza üzerine tekrar kapandığından toparlanma zamanı koruma rölelerinin çalışmasına fırsat verecek uzunlukta olmalıdır. O.G. hatlarının çoğundaki yaygın koruma tipi ters zamanlı aşırı akım, sabit zamanlı aşırı akım ve toprak röleleridir. Birincisinin çok düşük arıza akımlarında 8 – 5 sn’de çalışan çeşitleri, çalışma akımının birkaç katı arıza akımında 0,055 – 3 sn’de çalışan çeşitleri vardır. (Rölenin kontak kapatma zamanı, içinden geçen akımla ters orantılıdır). Sabit Zamanlı rölelere gelince 3 sn ve daha düşük ayarlar yaygındır, maksimum 10 sn ayarlanır. O.G. tekrar kapama rölelerinde (30 sn) toparlanma zamanı en yaygın uygulamadır. Fakat bu büyüklükte bir ayarla gelen tehlike, geçici arızaların çok olduğu fırtınalı havada, bir arızadan sonra kesici başarılı tekrar kapar, sonra diyelim ki, 20 sn içinde olan, bir arızada açar ve kilitler. Toparlanma zamanının 15 sn seçilmesiyle ikinci arıza ayrı bir arıza olarak algılanır ve tekrar kapama başarıyla yapılır. Eğer arıza akımları seviyesi düşükse, 15 sn çalışma zamanı içinde tatmin edici ters zaman karakteristikli röle ayarı seçimi zor olabilir. Böyle bir röle ayarına uygun toparlanma zamanı seçimiyle soruna çare bulunur. Büyük direnç üzerinden toprak arızalarını sezebilen ve normal korumayı destekleyen duyarlı toprak röleleri kullanılması yaygınlaşmıştır. Bu koruma belki empedans üzerinden arızalarda istikrarlı olmayabilir. Dolayısıyla ana korumanınkinden daha büyük çalışma zamanına ayarlanır. Bu uzun çalışma zamanı, toparlanma zamanı seçilirken dikkate alınmalıdır. Fakat unutulmamalıdır ki bu tip bir arıza, örneğin kopan bir iletkenin kuru toprakla yada çitle teması, nadiren geçicidir ve halk için çok tehlikeli olabilir. Dolayısıyla, duyarı toprak arıza rölesinin bir kontağıyla tekrar kapamayı askıya almak ve kesiciyi kilitlemek yaygın bir uygulamadır. Hızlı tekrar kapama kullanıldığında 1 sn veya daha az toparlanma zamanı yeterlidir. Ancak kesicinin yükünü azaltmak düşüncesiyle bu kadar kısa zaman pek kullanılmaz. b. Yay Kurma Zamanı Motor kurmalı kesici kullanıldığında kesiciyi kısmen kurulmuş yayla sonraki arızada tekrar kapama yaptırmamak için toparlanma zamanı en az yay kurma zamanı kadar olmalıdır. Yay kurma zamanı çoğunlukla (30 sn) veya biraz daha fazladır. Bu süre rölenin çalışma zamanından daha uzun olduğu için yay kurma mekanizmasını toparlanma cihazı olarak kullanarak tekrar kapama rölesini basitleştirmek mümkündür. Bazı modern kesicilerin yay kurma zamanı 3 sn’ye kadar inmiştir. Böyle durumlarda ayrıca bir toparlanma zaman elemanı kullanılmalıdır.

322

c. Çalışma İşlemleri Sıralaması Kesici kataloglarından (Rated operating sequences) olarak bahsedilir. Genellikle kesici etiketinde,

1) 0 – 3 min – CO – 3 min – CO manası; Kesici açar 3 dk sonra kapatabilir, anında açılabilir. 3 dk sonra kapatılabilir ve anında açılabilir (röleden veya elle). Bu ifadede O = Open – Açma, C = Close – Kapama’dır, belirtilen dakikalar ise kesici yay kurma süresidir.

2) 0 – 0,3 sn – CO – 15 sn – CO manası;

Kesici açar 0,3 sn sonra kapatılabilir anında geri açabilir. Bundan sonra 15 sn geçerse ancak kapatılır ve anında açabilir. Bu noktadan sonra tekrar başa dönülür, yani 0,3 sn sonra kapatılır. Bu işlemler tekrar kapama zamanında önemlidir.

9. TEKRAR KAPAMA SAYISI Herhangi bir uygulamada, tekrar kapama sayısını tanımlayan kesin kurallar yoktur, ama şu faktörler göz önünde tutulmalıdır: a. Kesici Sınırlamaları: Önemli olan kesicinin ardarda birkaç açma ve kapamayı hızla yapabilme yeteneği ve bunların bakım periyoduna etkisidir. Arıza seviyesine bağımlı olarak, kesici bakımı genellikle % 20 açmadan sonra gereklidir. Arızaların % 80’inin geçici olduğu hatırlanırsa tercihinin tek kapama olacağı açıktır. Çünkü bundan yararlanılarak en uzun bakım periyoduna ulaşılır. b. Sistem Koşulları: Eğer belli bir sistem hakkındaki bilgiler, yanıp giden yarı geçici arızaların yüzdesini biraz fazlaca (yarıya yakın) gösteriyorsa çoklu tekrar kapama yapılabilir. Ağaçlık bölgelerde sık sık rastlanan durum budur. Eğer sigortalı kolları olan fiderler varsa ve arıza seviyesi de düşükse sigortanın yanması ile ters zamanlı rölenin çalışma zamanı ayırt edilemeyeceğinden çoklu tekrar kapama yararlı olacaktır. Bu sigortanın ısınıp sonunda yanması ve arızalı kolun kopartılmasını sağlayacaktır.

323

FAYDALANILAN ESERLER • TEK RÖA Grup Müdürlüğü Koruma – Kontrol Teknisyen El Kitabı (I–II–III–IV) (RÖA 84/3), • TEK RÖA Grup Müdürlüğü Röle Ölçü Aletleri Ders Notları (RÖA 83/1), • RÖLELER, Necmettin GÜLER, TEK Eğitim Müdürlüğü Yayını, • Güç Trafoları Zati Korumalarının Tanıtımı ve Çalışma Prensipleri –

Deniz KÜLTÜR, • Sistem Etüdü ve Arıza Akımlarının Hesaplanması - Deniz KÜLTÜR, • Yönlü Toprak Koruma - Deniz KÜLTÜR, • Power System Protection Volume 1 – 2 – 3, • Protective Relaying, • Transmission and Distribution Reference Book, • Westinghouse Electric Corporation, • Güç Transformatörleri – Eğitim Müdürlüğü – Hayrullah SARAÇ, • Gaz Röleleri İle Koruma – Necmettin GÜLER, TEK Yayını, • BBC Eğitim Notları, • Türk Standartları, • Trafo Merkezlerinin Koruma ve Kumanda Devrelerinde Kullanılan

Semboller ve Tip Şemalar – Kemal ÇALIŞKAN.