BilalG
Üye
- Katılım
- 30 Eki 2008
- Mesajlar
- 91
- Puanları
- 1
ANA KORUMA RÖLELERİ
Aşırı Akım Röleleri:
4.1.a. Bağımlı Aşırı Akım Koruma Rölesi:
Bağımlı aşırı akım ile selektif korumada açma zamanları kısa devre akımı ile bağımlıdır. Bu rölelerde hem akım ayarı hem de açma zaman faktörü ayarı yapılabilir. Şekil 15’de rölenin ters zaman karakteristiği gösterilmiştir. Rölede bulunan ani açıcı kısa devre röleleriyle bu akım zaman eğrisi sınıf değeri istenilen noktada tutularak kısa devre açma zamanı istenilen milisaniyeye ayarlanabilir.
Bağımlı röleler Şebeke ve motor korumalarında kullanılabilir. Kısa süre darbeli çalışan motor korumasında ve motorun demaraj akımlarına karşı korumasında en uygun röledir.
Şekil 15 Bağımlı Aşırı Akım Rölesi Ters Zaman Karakteristiği
4.1.b Bağımsız Aşırı Akım Rölesi:
Bağımsız aşırı akım rölesinde zaman ayarı, akım ayarından bağımsız olarak gerçekleştirilebilir. Bağımsız aşırı akım röleleriyle selektif koruma Şekil 16’da gösterilen şekilde yapılır ve ayarlar için basamak zamanı 500 ms seçilir ve t1>t2>t3>t4 olacak biçimde düzenlenir. Şekil 16’da görüldüğü gibi her noktadaki arızada, en yakın röle devreyi açar ve selektivite sağlanır. Bağımsız aşırı akım röleleri şebeke, generatör ve motor koruması için kullanılır.
Bağımlı aşırı akım röleleriyle donatılmış ve şebekeden beslenen bir yüksek gerilim tesisinde bağımsız aşırı akım röleleriyle selektif koruma mümkündür bu durumda zaman ayarlarının selektiviteyi sağlayacak şekilde yapılması gerekir.
Şekil 16 Bağımsız Aşırı Akım Rölelerinde Selektif Koruma İçin Zaman Ayarı
4.1.c Termik Karakteristikli Aşırı Akım Rölesi:
Saniyeler mertebesinde ayarlanabilen bağımlı ve bağımsız aşırı akım röleleri genellikle kısa devre korumasında kullanılır. Ancak bu rölelerin düşük ayarlanması ile korunulması gerekmeyen küçük yüklerde de sık açmalarla karşılaşılır. Öte yanda dakikalar mertebesinden aşırı yükler birçok şebeke ve yüksek gerilim tesislerinde her zaman mevcuttur. Elektronik ve elektromekanik bağımlı bağımlı ve bağımsız rölelerde çekme oranı 0,9 olarak düşünüldüğünde her röle çektiği değerden %10-20 oranında daha düşük değerde bıraktığında istenmeyen açmaları önlemek mümkün değildir. Bu nedenle kısa devre röleleri oldukça yüksek akım ve küçük zaman değerlerine ayarlanmalıdır.
Bu gibi durumlarda röle karakteristiğinde görüldüğü gibi, aşırı akımdan, dakikalar mertebesinde korunurken kısa devreden milisaniyeler mertebesinde korumak mümkündür. (Şekil 17)
Şekil 17 Termik Karakteristikli Aşırı Akım Rölesi Karakteristiği
4.1.d. Yönlü Aşırı Akım Rölesi:
Tek taraflı beslenen paralel ve ring şebekelerde ve iki taraftan beslenen normal şebekelerde selektif korumayı sağlamak için aşırı akım rölelerinin akım yönüne göre fonksiyon göstermeleri gerekebilir. Paralel çalışan tesislerde ve şebekelerde bu röleleri kullanmakla kısa devre durumlarında arızalanan bölümün iki yönden beslenmesi önledir ve böylece aşırı tahribat meydana gelmez.
Şimdi aşırı akım rölelerinin şebekeye bağlantılarından söz edelim;
Aşırı akım röleleri korudukları devrenin faz akımlarını yada fazların akımlarının toplamından beslenirler. Bir aşırı akım rölesinin, akım transformatörü üzerinden beslenmesi Şekil 18’de gösterilmiştir.
Şekil 18
Aşırı akım röleleri korudukları sistemin özelliğine göre iki yada üç faza bağlanırlar. İki aşırı akım rölesinin şebekeye bağlantısı Şekil 19’da güç ünitesinin bağlantısı da Şekil 20’de gösterilmiştir.
Şekil 19 Şekil 20
Sekonder sargı topraklamalarının amacı, aşırı gerilimlere karşı sargıyı ve bağlı teçhizatı korumak içim yapılan emniyet topraklamasınıdır. Akımlarının akışını etkilemez.
Şekil 19’da iki akım transformatörü ve iki röle kullanıldığı taktirde, şekilde gösterilen gibi, primer devreden geçen Ia+ Ib+ Ic=0 olmasına rağmen orta fazda akım transformatörü olmadığı için Ia akımı sekonder Jb akımını dengelemez ve sonuçta; Ja+ Jc= -Jb= Jn nötr akımı akacaktır. Çünkü Ia ile Ic arasında 1200 faz farkı vardır.
4.2 Mesafe Koruma Röleleri:
Röle ile arıza noktası arasındaki uzaklık, arıza akımı ve geriliminin referans alınarak elde edilen empedansın ölçülmesi ile saptanır ve kademeli açma sağlanır. Rölede ayarlanan mesafe/zaman karakteristiğine göre; röle, uygun olan kesiciyi açtırır veya back-up koruma görevi yapar. Mesafe koruma röleleri, birkaç yerden beslenen ağ şebekelerinde, çok hızlı ve seçici çalışırlar. Yardımcı link hatlarına gerek yoktur.
Şekil 21
Şekil 21’de mesafe koruma rölesinin mesafe/zaman karakteristiği gösterilmiştir. A, B, C istasyonları, A’daki röleye göre Aa İ’nci kademe empedansını göstermektedir. A=(%85-90)AB’dir.
Bu bölgedeki arızalarda, A’daki röle t1 zamanında açma yapar ki bu zaman ani açma zamanına eşdeğerdir. Ülkemizde orta gerilim şebekelerinde mesafe koruma uygulaması genelde yoktur. Bazı özel yerlerde çok kısıtlı olarak kullanılmaktadır.
4.3 Diferansiyel Röleler:
İki veya daha fazla benzer elektriki büyüklük arsındaki fark belirgin değeri aştığı zaman çalışan rölelere diferansiyel röle denir. Şekil 22’de basit bir diferansiyel röleyi görmekteyiz.
Şekil 22 Basit Diferansiyel Röle Tertibatı
Noktalı çizgi ile gösterilen kısım diferansiyel röle tarafından korunan elemanı temsil etmektedir. Bu eleman bir hat parçası, generatör, transformatör, bara parçası vs. olabilir. Akım transformatörlerinin sekonderleri birbirine bağlanmış ve uçları arasında herhangi bir tip AC aşırı akım rölesi bağlanmıştır. Koruma alanı sadece iki ölçü akımı noktaları arasında sınırlıdır. Bu iki nokta dışında kalan arızaları korumaz ve böylece bir aşırı akım rölesi ile birlikte tam koruma görevi görür.
Akım transformatörlerinin dışındaki A noktasına doğru akımın aktığını kabul edelim. Bu nokta arıza veya yükün bağlı olduğu yer olsun. Bu durum Şekil 23’te gözükmektedir. Eğer her iki akım transformatörünün çevirme oranı ve diğer özellikleri aynı ise devrede oklarla gösterilen yönde akımlar akar ve diferansiyel rölenin çalıştırma bobininden akım akmaz.
Şekil 23 Harici Arıza veya Yük Şartı
İki akım transformatörü arasında dahili bir arıza olduğunu kabul edelim. Bu durum Şekil 24’te görülmektedir.
Şekil 24 Dahili Arıza Şartları
Dahili arızada akımların yönü değişmiştir ve akım trafolarının sekonder akımlarının toplamı çalıştırma bobininden akmaktadır. Her zaman çift yönlü kaynak bulunmayabilir bu durumda dahili arıza meydana gelirse arıza şekline göre yalnızca bir akım transformatörünün sekonderinin empedansı çalıştırma bobinininkine göre çok yüksek olduğu için primerinden arıza akımı akan akım transformatörünün sekonder akımının tamamının çalıştırma bobininden aktığı kabul edilebilir.
Diferansiyel koruma sistemini besleyen akım transformatörlerinin yapılışlarında küçük bir miktar fark bulunabilir. Bu durumda normal akımında dahi çalıştırma bobininden bir fark akım akabilir. Harici arızalarda her iki akım transformatöründen çekilen akım çok büyük olacağı için bu akımla orantılı olarak fark akım miktarı da artar ve değeri çalıştırma sınırını aştığı vakit normal tip bir aşırı akım rölesi olan çalıştırma bobini kontakları kapatarak yanlış açmalara sebep olur. Bu hatayı ortadan kaldırmak için tutucu bobin içeren diferansiyel röleler kullanılır. Bu tip bir rölenin yapısını şekil 25’te görmekteyiz. Çalıştırma bobini tutucu bobinin orta ucuna bağlanmıştır. Tutucu bobinin toplam sarım sayısı N ise toplam amper sarım; I1xN/2+I2xN/2=( I1+I2)xN/2 dir.
Şekil 25 Tutucu bobinli Diferansiyel Röle
Buradan tutucu bobinden akan eşdeğer akımın (I1+I2)/2 ile orantılı olduğu görülür. Çalıştırma bobininden akan akım ise I1-I2 ile orantılıdır. Böyle bir rölenin çalışma karakteristiği şekil 26’da görülmektedir.
Şekil 26 Tutucu Bobinli Diferansiyel Röle Çalışma Karakteristiği
Gerek yukarıda belirtilen çevirme hatalarından gerekse geçici rejimlerde çok kısa anlarda akım trafolarını normal çevirme yapmalarından dolayı fark akım primer devreden geçen akıma bağlı olarak normal bir aşırı akım rölesinden ibaret olan diferansiyel röleyi çalıştırabilirdi. Bu durum Şekil 27’de görünmektedir.
Şekil 27 Tutucu Bobinin Diferans Devreye Etkisi
Tutucu bobin eşdeğer akımı a büyüklüğüne çıktığı zaman akım trafolarının hatasından dolayı çalıştırma bobininden geçen akım Ic dir. Fark akımla beslenen tutucu devresi olmayan aşırı akım rölesinin çalıştırma değerine eriştiği için yanlış açmalara sebep olur. Aynı tutucu akım için yüzde karakteristiği haiz yani tutucu devreli diferansiyel rölenin çalışabilmesi için Ic2 akımı gereklidir. Ve bunun genliği akım trafo hata değerinden büyük olduğu için röle yanlış çalışmaz.
Yüzdeli diferansiyel röleler ikiden fazla terminalli yerlerde kullanılabilir. Her terminal bir tutucu bobin ihtiva eder ve her tutucu bobinin eşit sarım sayısı mevcuttur. Bobinler diğerlerinden ayrı olarak tutucu moment meydana getirirler ve onların momentleri aritmetik olarak toplanır. Şekil 28’te 4 tane terminalli diferansiyel röle prensibi görülmektedir.
Şekil 28 Dört Terminalli Diferansiyel Röle
Yüzdeli diferansiyel röleler genellikle ani veya yüksek süratlidirler. Devrelerde kullanılan özel filtreler ve yüzde karakteristiklerinden diferansiyel rölelerin yanlış açmaları ortadan kaldırılabildiği için zaman gecikmeli çalışmaları istenmez. Bu özelliği arızaların süratli giderilmesini temin ettiği için hasarları azaltır.
Terminal sayısı rölenin tutucu bobin sayısından fazla olduğu zaman bir tutucu bobine aynı faza ait farklı iki terminalin akım trafoları bağlanabilir. Burada tabiidir ki tutucu bobinden geçen akımların toplamı o bobinin akım taşıyabilme kapasitesini aşmamalı ve tutucu bobinlerden akan karalı hal akımlarının takriben birbirine eşit olmasını sağlamak uygun olur. Bazı çok terminalli hallerde tutucu bobin akımlarını belirli değerin altına düşürmek mümkün olmamaktadır. Bundan dolayı en iyi çözüm tarzı olarak röle sayısını arttırmak ve açma kumandalarını paralel bağlamak yoluna gidilmelidir.
Son olarak diferansiyel rölelerin yapıları ve fonksiyonları itibariyle özelliklerini ;
Trifaze röle sistemi küçük bir yapıya sahiptir,
Kısa devre akımlarına karşı iyi bir dayanım içindedirler,
Dahili hatalara karşı büyük bir duyarlılık gösteririler,
Yardımcı besleme geriliminin büyüklüğüne bağlı kalmaksızın çok kısa süren açma zamanı,
Her faz için ayrı ayrı ve mükemmel bir koruma donanımı olduğundan, asimetrik arızalarda bile sabit ve değişmeyen bir açma karakteristiği,
Açma akımının yüksek olmasında dahi açma emniyetinin sağlanmış olması,
Kendi enerji sarfiyatının minimum oluşu,
Değiştirilebilir bir yardımcı gerilim sahası,
Akım klemenslerinin otomatikman kısa devre edilmeleri suretiyle, röle kutusundan çekilebilen aktif kısmının çekilişinde herhangi bir sakıncanın mevcut olmaması, şeklinde sıralayabiliriz.
Şekil 27 Tutucu Bobinin Diferans Devreye Etkisi
Tutucu bobin eşdeğer akımı a büyüklüğüne çıktığı zaman akım trafolarının hatasından dolayı çalıştırma bobininden geçen akım Ic dir. Fark akımla beslenen tutucu devresi olmayan aşırı akım rölesinin çalıştırma değerine eriştiği için yanlış açmalara sebep olur. Aynı tutucu akım için yüzde karakteristiği haiz yani tutucu devreli diferansiyel rölenin çalışabilmesi için Ic2 akımı gereklidir. Ve bunun genliği akım trafo hata değerinden büyük olduğu için röle yanlış çalışmaz.
Yüzdeli diferansiyel röleler ikiden fazla terminalli yerlerde kullanılabilir. Her terminal bir tutucu bobin ihtiva eder ve her tutucu bobinin eşit sarım sayısı mevcuttur. Bobinler diğerlerinden ayrı olarak tutucu moment meydana getirirler ve onların momentleri aritmetik olarak toplanır. Şekil 28’te 4 tane terminalli diferansiyel röle prensibi görülmektedir.
Şekil 28 Dört Terminalli Diferansiyel Röle
Yüzdeli diferansiyel röleler genellikle ani veya yüksek süratlidirler. Devrelerde kullanılan özel filtreler ve yüzde karakteristiklerinden diferansiyel rölelerin yanlış açmaları ortadan kaldırılabildiği için zaman gecikmeli çalışmaları istenmez. Bu özelliği arızaların süratli giderilmesini temin ettiği için hasarları azaltır.
Terminal sayısı rölenin tutucu bobin sayısından fazla olduğu zaman bir tutucu bobine aynı faza ait farklı iki terminalin akım trafoları bağlanabilir. Burada tabiidir ki tutucu bobinden geçen akımların toplamı o bobinin akım taşıyabilme kapasitesini aşmamalı ve tutucu bobinlerden akan karalı hal akımlarının takriben birbirine eşit olmasını sağlamak uygun olur. Bazı çok terminalli hallerde tutucu bobin akımlarını belirli değerin altına düşürmek mümkün olmamaktadır. Bundan dolayı en iyi çözüm tarzı olarak röle sayısını arttırmak ve açma kumandalarını paralel bağlamak yoluna gidilmelidir.
Son olarak diferansiyel rölelerin yapıları ve fonksiyonları itibariyle özelliklerini ;
Trifaze röle sistemi küçük bir yapıya sahiptir,
Kısa devre akımlarına karşı iyi bir dayanım içindedirler,
Dahili hatalara karşı büyük bir duyarlılık gösteririler,
Yardımcı besleme geriliminin büyüklüğüne bağlı kalmaksızın çok kısa süren açma zamanı,
Her faz için ayrı ayrı ve mükemmel bir koruma donanımı olduğundan, asimetrik arızalarda bile sabit ve değişmeyen bir açma karakteristiği,
Açma akımının yüksek olmasında dahi açma emniyetinin sağlanmış olması,
Kendi enerji sarfiyatının minimum oluşu,
Değiştirilebilir bir yardımcı gerilim sahası,
Akım klemenslerinin otomatikman kısa devre edilmeleri suretiyle, röle kutusundan çekilebilen aktif kısmının çekilişinde herhangi bir sakıncanın mevcut olmaması,
şeklinde sıralayabiliriz.
4.4. Toprak Kaçağı Koruma Röleleri:
Şebekede her üç fazdan geçen akımların vektörel toplamı; Ia+ Ib+ Ic≠0 ise, bu sistemde dengesizlik olduğu belirlenir ve nötrden sıfır bileşen akımı geçer. Ia+ Ib+ Ic= 3I0 olarak tanımlanır. Fazlardan geçen akımlar, aşırı akım rölelerini çalıştıramayacak mertebede olabilirler. Bu tip arızaların algılanması In=3I0 dengesiz akımının geçtiği ve toprak rölesi olarak adlandırılan yönsüz koruma düzeni ile olur (Şekil 29 a, b, c). Toprak rölesinden geçecek olan dengesiz akım JTR dir.
Şekil 29
Toprak rölelerinin çalışma ilkesi aşırı akım röleleri gibidir. Sadece akım ayar değerleri daha küçüktür. O.G. fider ve transformatörlerinin korunmasında çok yaygın olarak kullanılır.
Toprak rölelerinin bağlantıları genelde iki şekilde yapılır;
Toprak rölesinin yalnız başına Şekil 30-a iki aşırı akım rölesiyle birlikte Şekil 30-b ve üç aşırı akım rölesiyle birlikte Şekil 30-c’de akım transformatörüne bağlantıları gösterilmiştir.
Şekil 30
Görüldüğü gibi, toprak rölesinin bulunduğu koruma devrelerinde, normal şartlarda toprak rölesinin bulunduğu nötrden akım geçmemesi için mutlaka üç akım transformatörü kullanmak gereklidir. Şekil 30 da görüldüğü gibi, primer polarite uçlarının hepsi, hattın aynı tarafında olmalıdır. Sekonder polarite uçları buna uygun şekilde yine aynı tarafta olmalıdır. Eğer akım girişlerinde P2 uçları polarite olarak alınmışsa, bütün P2 ve S1, uçları P1, S1 sistemine benzer şekilde bağlanmalıdır. Polariteler gelişigüzel bağlanırsa, sekonder devrenin nötründen dengesiz akım geçerek toprak rölesini yalnız yere çalıştırabilir.
Kablo şebekelerinde hassas bir toprak koruma tertibi için toroidal yapıda akım transformatörü kullanılır. Ia+ Ib+ Ic≠0 olması durumunda toprak rölesinden akım geçecektir. Şekil 31’de görüleceği gibi, kabloda her faz ayrı ya da üç faz bir arada olsun, şilt topraklama iletkeni, torun içinden geçirilerek topraklanmalıdır. Bu iletken dışarıdan geçirilirse, şebekede oluşacak faz-toprak arızalarının kaçak akımları,sağlam fazdaki dengeyi bozarak, toprak rölesini yanlış yere çalıştırabilir.
Şekil 31
Şekil 32’de verilen aşırı akım rölesinin koruduğu bölümün empedansı Zr, solundaki kaynağın (sistem) empedansı Zs ile gösterilmiştir. Korunan bölümün sonundaki I nolu arızada, kısa devre arıza akımı;
Şekil 32
Büyükse (Zr/ Zs değeri ne kadar küçükse), ters zamanlı röle kullanmak, teçhizatı daha iyi koruma yönünden yararlıdır. Bunlar için kesin bir kriter yoktur. Güçlü şebekelere bağlı (Zs’in küçük olması) uzun hatlar veya küçük güçteki transformatörlerin, başında ve sonunda oluşacak arızaların örneğin Zr/ Zs >0.5 için her iki akımın oranı 1.5 değerini aşar. Eğer şebeke zayıf ise ( Zs büyük) Zr/ Zs>2 olması halinde, arıza akımlarının değeri pek değişmez. Bu taktirde daha ucuz ve basit zamanlı röle kullanmak yararlı olur. Çünkü röleden geçen akım, fazla değişiklik göstermez.
4.5 Gerilim Röleleri
4.5.a Aşırı Ve Düşük Gerilim Rölesi:
Aşırı ve düşük gerilim rölesi alçak gerilim sistemlerinde, sistemi aşırı ve düşük gerilimlerin neden olabileceği hasar ve tahribata karşı koymak amacı ile kullanılır. Çalışma prensibi;
Şekil 34’te rölenin bağlantı şekli ve blok şeması görülmektedir. Rölenin koruduğu sistemin;
Faz-faz arası gerilimi
Faz-nötr gerilimi ile çalışır.
Şekil 34
Giriş Gerilim
100V AC
220V AC
380V AC
Düşük Gerilim Ayar Değeri
85V AC
185V AC
320V AC
Aşırı Gerilim Ayar Değeri
110V AC
240V AC
420V AC
Tablo 1
Giriş gerilimi aynı anda hem doğrultulur hem de elektronik devrelerin kullanabileceği bir seviyeye (2-3V) indirilir. Giriş gerilimi ile orantılı bu bilgiler iki gerilim karşılaştırıcısına gönderilir. Bu karşılaştırıcılardan biri aşırı gerilim, diğeri düşük gerilim karşılaştırıcısıdır. Her karşılaştırıcının ayar değeri sabit olup Tablo 1’de verilmiştir. Bununla beraber düşük gerilim, nominal gerilimin %70’inden daha küçük, aşırı gerilim değeri de nominal gerilim değerinin %120’sinden daha büyük olmamak koşulu ile isteğe göre de ayarlanabilmektedir.
Karşılaştırıcıların çıkışı bir “veya” kapısına verilmiştir. “Veya” kapısı da bir yardımcı röleyi enerjilemektedir. Giriş gerilimi düşük gerilim ayar değerinden daha küçük ise veya aşırı gerilim ayar değerinden daha büyükse düşük veya aşırı gerilim karşılaştırıcısının çıkışı “1” olarak “veya” kapısının yardımcı rölenin enerjilenmesini sağlar. Böylece korunmakta olan sistem devre dışı bırakılmış olur.
Aşırı Akım Röleleri:
4.1.a. Bağımlı Aşırı Akım Koruma Rölesi:
Bağımlı aşırı akım ile selektif korumada açma zamanları kısa devre akımı ile bağımlıdır. Bu rölelerde hem akım ayarı hem de açma zaman faktörü ayarı yapılabilir. Şekil 15’de rölenin ters zaman karakteristiği gösterilmiştir. Rölede bulunan ani açıcı kısa devre röleleriyle bu akım zaman eğrisi sınıf değeri istenilen noktada tutularak kısa devre açma zamanı istenilen milisaniyeye ayarlanabilir.
Bağımlı röleler Şebeke ve motor korumalarında kullanılabilir. Kısa süre darbeli çalışan motor korumasında ve motorun demaraj akımlarına karşı korumasında en uygun röledir.
Şekil 15 Bağımlı Aşırı Akım Rölesi Ters Zaman Karakteristiği
4.1.b Bağımsız Aşırı Akım Rölesi:
Bağımsız aşırı akım rölesinde zaman ayarı, akım ayarından bağımsız olarak gerçekleştirilebilir. Bağımsız aşırı akım röleleriyle selektif koruma Şekil 16’da gösterilen şekilde yapılır ve ayarlar için basamak zamanı 500 ms seçilir ve t1>t2>t3>t4 olacak biçimde düzenlenir. Şekil 16’da görüldüğü gibi her noktadaki arızada, en yakın röle devreyi açar ve selektivite sağlanır. Bağımsız aşırı akım röleleri şebeke, generatör ve motor koruması için kullanılır.
Bağımlı aşırı akım röleleriyle donatılmış ve şebekeden beslenen bir yüksek gerilim tesisinde bağımsız aşırı akım röleleriyle selektif koruma mümkündür bu durumda zaman ayarlarının selektiviteyi sağlayacak şekilde yapılması gerekir.
Şekil 16 Bağımsız Aşırı Akım Rölelerinde Selektif Koruma İçin Zaman Ayarı
4.1.c Termik Karakteristikli Aşırı Akım Rölesi:
Saniyeler mertebesinde ayarlanabilen bağımlı ve bağımsız aşırı akım röleleri genellikle kısa devre korumasında kullanılır. Ancak bu rölelerin düşük ayarlanması ile korunulması gerekmeyen küçük yüklerde de sık açmalarla karşılaşılır. Öte yanda dakikalar mertebesinden aşırı yükler birçok şebeke ve yüksek gerilim tesislerinde her zaman mevcuttur. Elektronik ve elektromekanik bağımlı bağımlı ve bağımsız rölelerde çekme oranı 0,9 olarak düşünüldüğünde her röle çektiği değerden %10-20 oranında daha düşük değerde bıraktığında istenmeyen açmaları önlemek mümkün değildir. Bu nedenle kısa devre röleleri oldukça yüksek akım ve küçük zaman değerlerine ayarlanmalıdır.
Bu gibi durumlarda röle karakteristiğinde görüldüğü gibi, aşırı akımdan, dakikalar mertebesinde korunurken kısa devreden milisaniyeler mertebesinde korumak mümkündür. (Şekil 17)
Şekil 17 Termik Karakteristikli Aşırı Akım Rölesi Karakteristiği
4.1.d. Yönlü Aşırı Akım Rölesi:
Tek taraflı beslenen paralel ve ring şebekelerde ve iki taraftan beslenen normal şebekelerde selektif korumayı sağlamak için aşırı akım rölelerinin akım yönüne göre fonksiyon göstermeleri gerekebilir. Paralel çalışan tesislerde ve şebekelerde bu röleleri kullanmakla kısa devre durumlarında arızalanan bölümün iki yönden beslenmesi önledir ve böylece aşırı tahribat meydana gelmez.
Şimdi aşırı akım rölelerinin şebekeye bağlantılarından söz edelim;
Aşırı akım röleleri korudukları devrenin faz akımlarını yada fazların akımlarının toplamından beslenirler. Bir aşırı akım rölesinin, akım transformatörü üzerinden beslenmesi Şekil 18’de gösterilmiştir.
Şekil 18
Aşırı akım röleleri korudukları sistemin özelliğine göre iki yada üç faza bağlanırlar. İki aşırı akım rölesinin şebekeye bağlantısı Şekil 19’da güç ünitesinin bağlantısı da Şekil 20’de gösterilmiştir.
Şekil 19 Şekil 20
Sekonder sargı topraklamalarının amacı, aşırı gerilimlere karşı sargıyı ve bağlı teçhizatı korumak içim yapılan emniyet topraklamasınıdır. Akımlarının akışını etkilemez.
Şekil 19’da iki akım transformatörü ve iki röle kullanıldığı taktirde, şekilde gösterilen gibi, primer devreden geçen Ia+ Ib+ Ic=0 olmasına rağmen orta fazda akım transformatörü olmadığı için Ia akımı sekonder Jb akımını dengelemez ve sonuçta; Ja+ Jc= -Jb= Jn nötr akımı akacaktır. Çünkü Ia ile Ic arasında 1200 faz farkı vardır.
4.2 Mesafe Koruma Röleleri:
Röle ile arıza noktası arasındaki uzaklık, arıza akımı ve geriliminin referans alınarak elde edilen empedansın ölçülmesi ile saptanır ve kademeli açma sağlanır. Rölede ayarlanan mesafe/zaman karakteristiğine göre; röle, uygun olan kesiciyi açtırır veya back-up koruma görevi yapar. Mesafe koruma röleleri, birkaç yerden beslenen ağ şebekelerinde, çok hızlı ve seçici çalışırlar. Yardımcı link hatlarına gerek yoktur.
Şekil 21
Şekil 21’de mesafe koruma rölesinin mesafe/zaman karakteristiği gösterilmiştir. A, B, C istasyonları, A’daki röleye göre Aa İ’nci kademe empedansını göstermektedir. A=(%85-90)AB’dir.
Bu bölgedeki arızalarda, A’daki röle t1 zamanında açma yapar ki bu zaman ani açma zamanına eşdeğerdir. Ülkemizde orta gerilim şebekelerinde mesafe koruma uygulaması genelde yoktur. Bazı özel yerlerde çok kısıtlı olarak kullanılmaktadır.
4.3 Diferansiyel Röleler:
İki veya daha fazla benzer elektriki büyüklük arsındaki fark belirgin değeri aştığı zaman çalışan rölelere diferansiyel röle denir. Şekil 22’de basit bir diferansiyel röleyi görmekteyiz.
Şekil 22 Basit Diferansiyel Röle Tertibatı
Noktalı çizgi ile gösterilen kısım diferansiyel röle tarafından korunan elemanı temsil etmektedir. Bu eleman bir hat parçası, generatör, transformatör, bara parçası vs. olabilir. Akım transformatörlerinin sekonderleri birbirine bağlanmış ve uçları arasında herhangi bir tip AC aşırı akım rölesi bağlanmıştır. Koruma alanı sadece iki ölçü akımı noktaları arasında sınırlıdır. Bu iki nokta dışında kalan arızaları korumaz ve böylece bir aşırı akım rölesi ile birlikte tam koruma görevi görür.
Akım transformatörlerinin dışındaki A noktasına doğru akımın aktığını kabul edelim. Bu nokta arıza veya yükün bağlı olduğu yer olsun. Bu durum Şekil 23’te gözükmektedir. Eğer her iki akım transformatörünün çevirme oranı ve diğer özellikleri aynı ise devrede oklarla gösterilen yönde akımlar akar ve diferansiyel rölenin çalıştırma bobininden akım akmaz.
Şekil 23 Harici Arıza veya Yük Şartı
İki akım transformatörü arasında dahili bir arıza olduğunu kabul edelim. Bu durum Şekil 24’te görülmektedir.
Şekil 24 Dahili Arıza Şartları
Dahili arızada akımların yönü değişmiştir ve akım trafolarının sekonder akımlarının toplamı çalıştırma bobininden akmaktadır. Her zaman çift yönlü kaynak bulunmayabilir bu durumda dahili arıza meydana gelirse arıza şekline göre yalnızca bir akım transformatörünün sekonderinin empedansı çalıştırma bobinininkine göre çok yüksek olduğu için primerinden arıza akımı akan akım transformatörünün sekonder akımının tamamının çalıştırma bobininden aktığı kabul edilebilir.
Diferansiyel koruma sistemini besleyen akım transformatörlerinin yapılışlarında küçük bir miktar fark bulunabilir. Bu durumda normal akımında dahi çalıştırma bobininden bir fark akım akabilir. Harici arızalarda her iki akım transformatöründen çekilen akım çok büyük olacağı için bu akımla orantılı olarak fark akım miktarı da artar ve değeri çalıştırma sınırını aştığı vakit normal tip bir aşırı akım rölesi olan çalıştırma bobini kontakları kapatarak yanlış açmalara sebep olur. Bu hatayı ortadan kaldırmak için tutucu bobin içeren diferansiyel röleler kullanılır. Bu tip bir rölenin yapısını şekil 25’te görmekteyiz. Çalıştırma bobini tutucu bobinin orta ucuna bağlanmıştır. Tutucu bobinin toplam sarım sayısı N ise toplam amper sarım; I1xN/2+I2xN/2=( I1+I2)xN/2 dir.
Şekil 25 Tutucu bobinli Diferansiyel Röle
Buradan tutucu bobinden akan eşdeğer akımın (I1+I2)/2 ile orantılı olduğu görülür. Çalıştırma bobininden akan akım ise I1-I2 ile orantılıdır. Böyle bir rölenin çalışma karakteristiği şekil 26’da görülmektedir.
Şekil 26 Tutucu Bobinli Diferansiyel Röle Çalışma Karakteristiği
Gerek yukarıda belirtilen çevirme hatalarından gerekse geçici rejimlerde çok kısa anlarda akım trafolarını normal çevirme yapmalarından dolayı fark akım primer devreden geçen akıma bağlı olarak normal bir aşırı akım rölesinden ibaret olan diferansiyel röleyi çalıştırabilirdi. Bu durum Şekil 27’de görünmektedir.
Şekil 27 Tutucu Bobinin Diferans Devreye Etkisi
Tutucu bobin eşdeğer akımı a büyüklüğüne çıktığı zaman akım trafolarının hatasından dolayı çalıştırma bobininden geçen akım Ic dir. Fark akımla beslenen tutucu devresi olmayan aşırı akım rölesinin çalıştırma değerine eriştiği için yanlış açmalara sebep olur. Aynı tutucu akım için yüzde karakteristiği haiz yani tutucu devreli diferansiyel rölenin çalışabilmesi için Ic2 akımı gereklidir. Ve bunun genliği akım trafo hata değerinden büyük olduğu için röle yanlış çalışmaz.
Yüzdeli diferansiyel röleler ikiden fazla terminalli yerlerde kullanılabilir. Her terminal bir tutucu bobin ihtiva eder ve her tutucu bobinin eşit sarım sayısı mevcuttur. Bobinler diğerlerinden ayrı olarak tutucu moment meydana getirirler ve onların momentleri aritmetik olarak toplanır. Şekil 28’te 4 tane terminalli diferansiyel röle prensibi görülmektedir.
Şekil 28 Dört Terminalli Diferansiyel Röle
Yüzdeli diferansiyel röleler genellikle ani veya yüksek süratlidirler. Devrelerde kullanılan özel filtreler ve yüzde karakteristiklerinden diferansiyel rölelerin yanlış açmaları ortadan kaldırılabildiği için zaman gecikmeli çalışmaları istenmez. Bu özelliği arızaların süratli giderilmesini temin ettiği için hasarları azaltır.
Terminal sayısı rölenin tutucu bobin sayısından fazla olduğu zaman bir tutucu bobine aynı faza ait farklı iki terminalin akım trafoları bağlanabilir. Burada tabiidir ki tutucu bobinden geçen akımların toplamı o bobinin akım taşıyabilme kapasitesini aşmamalı ve tutucu bobinlerden akan karalı hal akımlarının takriben birbirine eşit olmasını sağlamak uygun olur. Bazı çok terminalli hallerde tutucu bobin akımlarını belirli değerin altına düşürmek mümkün olmamaktadır. Bundan dolayı en iyi çözüm tarzı olarak röle sayısını arttırmak ve açma kumandalarını paralel bağlamak yoluna gidilmelidir.
Son olarak diferansiyel rölelerin yapıları ve fonksiyonları itibariyle özelliklerini ;
Trifaze röle sistemi küçük bir yapıya sahiptir,
Kısa devre akımlarına karşı iyi bir dayanım içindedirler,
Dahili hatalara karşı büyük bir duyarlılık gösteririler,
Yardımcı besleme geriliminin büyüklüğüne bağlı kalmaksızın çok kısa süren açma zamanı,
Her faz için ayrı ayrı ve mükemmel bir koruma donanımı olduğundan, asimetrik arızalarda bile sabit ve değişmeyen bir açma karakteristiği,
Açma akımının yüksek olmasında dahi açma emniyetinin sağlanmış olması,
Kendi enerji sarfiyatının minimum oluşu,
Değiştirilebilir bir yardımcı gerilim sahası,
Akım klemenslerinin otomatikman kısa devre edilmeleri suretiyle, röle kutusundan çekilebilen aktif kısmının çekilişinde herhangi bir sakıncanın mevcut olmaması, şeklinde sıralayabiliriz.
Şekil 27 Tutucu Bobinin Diferans Devreye Etkisi
Tutucu bobin eşdeğer akımı a büyüklüğüne çıktığı zaman akım trafolarının hatasından dolayı çalıştırma bobininden geçen akım Ic dir. Fark akımla beslenen tutucu devresi olmayan aşırı akım rölesinin çalıştırma değerine eriştiği için yanlış açmalara sebep olur. Aynı tutucu akım için yüzde karakteristiği haiz yani tutucu devreli diferansiyel rölenin çalışabilmesi için Ic2 akımı gereklidir. Ve bunun genliği akım trafo hata değerinden büyük olduğu için röle yanlış çalışmaz.
Yüzdeli diferansiyel röleler ikiden fazla terminalli yerlerde kullanılabilir. Her terminal bir tutucu bobin ihtiva eder ve her tutucu bobinin eşit sarım sayısı mevcuttur. Bobinler diğerlerinden ayrı olarak tutucu moment meydana getirirler ve onların momentleri aritmetik olarak toplanır. Şekil 28’te 4 tane terminalli diferansiyel röle prensibi görülmektedir.
Şekil 28 Dört Terminalli Diferansiyel Röle
Yüzdeli diferansiyel röleler genellikle ani veya yüksek süratlidirler. Devrelerde kullanılan özel filtreler ve yüzde karakteristiklerinden diferansiyel rölelerin yanlış açmaları ortadan kaldırılabildiği için zaman gecikmeli çalışmaları istenmez. Bu özelliği arızaların süratli giderilmesini temin ettiği için hasarları azaltır.
Terminal sayısı rölenin tutucu bobin sayısından fazla olduğu zaman bir tutucu bobine aynı faza ait farklı iki terminalin akım trafoları bağlanabilir. Burada tabiidir ki tutucu bobinden geçen akımların toplamı o bobinin akım taşıyabilme kapasitesini aşmamalı ve tutucu bobinlerden akan karalı hal akımlarının takriben birbirine eşit olmasını sağlamak uygun olur. Bazı çok terminalli hallerde tutucu bobin akımlarını belirli değerin altına düşürmek mümkün olmamaktadır. Bundan dolayı en iyi çözüm tarzı olarak röle sayısını arttırmak ve açma kumandalarını paralel bağlamak yoluna gidilmelidir.
Son olarak diferansiyel rölelerin yapıları ve fonksiyonları itibariyle özelliklerini ;
Trifaze röle sistemi küçük bir yapıya sahiptir,
Kısa devre akımlarına karşı iyi bir dayanım içindedirler,
Dahili hatalara karşı büyük bir duyarlılık gösteririler,
Yardımcı besleme geriliminin büyüklüğüne bağlı kalmaksızın çok kısa süren açma zamanı,
Her faz için ayrı ayrı ve mükemmel bir koruma donanımı olduğundan, asimetrik arızalarda bile sabit ve değişmeyen bir açma karakteristiği,
Açma akımının yüksek olmasında dahi açma emniyetinin sağlanmış olması,
Kendi enerji sarfiyatının minimum oluşu,
Değiştirilebilir bir yardımcı gerilim sahası,
Akım klemenslerinin otomatikman kısa devre edilmeleri suretiyle, röle kutusundan çekilebilen aktif kısmının çekilişinde herhangi bir sakıncanın mevcut olmaması,
şeklinde sıralayabiliriz.
4.4. Toprak Kaçağı Koruma Röleleri:
Şebekede her üç fazdan geçen akımların vektörel toplamı; Ia+ Ib+ Ic≠0 ise, bu sistemde dengesizlik olduğu belirlenir ve nötrden sıfır bileşen akımı geçer. Ia+ Ib+ Ic= 3I0 olarak tanımlanır. Fazlardan geçen akımlar, aşırı akım rölelerini çalıştıramayacak mertebede olabilirler. Bu tip arızaların algılanması In=3I0 dengesiz akımının geçtiği ve toprak rölesi olarak adlandırılan yönsüz koruma düzeni ile olur (Şekil 29 a, b, c). Toprak rölesinden geçecek olan dengesiz akım JTR dir.
Şekil 29
Toprak rölelerinin çalışma ilkesi aşırı akım röleleri gibidir. Sadece akım ayar değerleri daha küçüktür. O.G. fider ve transformatörlerinin korunmasında çok yaygın olarak kullanılır.
Toprak rölelerinin bağlantıları genelde iki şekilde yapılır;
Toprak rölesinin yalnız başına Şekil 30-a iki aşırı akım rölesiyle birlikte Şekil 30-b ve üç aşırı akım rölesiyle birlikte Şekil 30-c’de akım transformatörüne bağlantıları gösterilmiştir.
Şekil 30
Görüldüğü gibi, toprak rölesinin bulunduğu koruma devrelerinde, normal şartlarda toprak rölesinin bulunduğu nötrden akım geçmemesi için mutlaka üç akım transformatörü kullanmak gereklidir. Şekil 30 da görüldüğü gibi, primer polarite uçlarının hepsi, hattın aynı tarafında olmalıdır. Sekonder polarite uçları buna uygun şekilde yine aynı tarafta olmalıdır. Eğer akım girişlerinde P2 uçları polarite olarak alınmışsa, bütün P2 ve S1, uçları P1, S1 sistemine benzer şekilde bağlanmalıdır. Polariteler gelişigüzel bağlanırsa, sekonder devrenin nötründen dengesiz akım geçerek toprak rölesini yalnız yere çalıştırabilir.
Kablo şebekelerinde hassas bir toprak koruma tertibi için toroidal yapıda akım transformatörü kullanılır. Ia+ Ib+ Ic≠0 olması durumunda toprak rölesinden akım geçecektir. Şekil 31’de görüleceği gibi, kabloda her faz ayrı ya da üç faz bir arada olsun, şilt topraklama iletkeni, torun içinden geçirilerek topraklanmalıdır. Bu iletken dışarıdan geçirilirse, şebekede oluşacak faz-toprak arızalarının kaçak akımları,sağlam fazdaki dengeyi bozarak, toprak rölesini yanlış yere çalıştırabilir.
Şekil 31
Şekil 32’de verilen aşırı akım rölesinin koruduğu bölümün empedansı Zr, solundaki kaynağın (sistem) empedansı Zs ile gösterilmiştir. Korunan bölümün sonundaki I nolu arızada, kısa devre arıza akımı;
Şekil 32
Büyükse (Zr/ Zs değeri ne kadar küçükse), ters zamanlı röle kullanmak, teçhizatı daha iyi koruma yönünden yararlıdır. Bunlar için kesin bir kriter yoktur. Güçlü şebekelere bağlı (Zs’in küçük olması) uzun hatlar veya küçük güçteki transformatörlerin, başında ve sonunda oluşacak arızaların örneğin Zr/ Zs >0.5 için her iki akımın oranı 1.5 değerini aşar. Eğer şebeke zayıf ise ( Zs büyük) Zr/ Zs>2 olması halinde, arıza akımlarının değeri pek değişmez. Bu taktirde daha ucuz ve basit zamanlı röle kullanmak yararlı olur. Çünkü röleden geçen akım, fazla değişiklik göstermez.
4.5 Gerilim Röleleri
4.5.a Aşırı Ve Düşük Gerilim Rölesi:
Aşırı ve düşük gerilim rölesi alçak gerilim sistemlerinde, sistemi aşırı ve düşük gerilimlerin neden olabileceği hasar ve tahribata karşı koymak amacı ile kullanılır. Çalışma prensibi;
Şekil 34’te rölenin bağlantı şekli ve blok şeması görülmektedir. Rölenin koruduğu sistemin;
Faz-faz arası gerilimi
Faz-nötr gerilimi ile çalışır.
Şekil 34
Giriş Gerilim
100V AC
220V AC
380V AC
Düşük Gerilim Ayar Değeri
85V AC
185V AC
320V AC
Aşırı Gerilim Ayar Değeri
110V AC
240V AC
420V AC
Tablo 1
Giriş gerilimi aynı anda hem doğrultulur hem de elektronik devrelerin kullanabileceği bir seviyeye (2-3V) indirilir. Giriş gerilimi ile orantılı bu bilgiler iki gerilim karşılaştırıcısına gönderilir. Bu karşılaştırıcılardan biri aşırı gerilim, diğeri düşük gerilim karşılaştırıcısıdır. Her karşılaştırıcının ayar değeri sabit olup Tablo 1’de verilmiştir. Bununla beraber düşük gerilim, nominal gerilimin %70’inden daha küçük, aşırı gerilim değeri de nominal gerilim değerinin %120’sinden daha büyük olmamak koşulu ile isteğe göre de ayarlanabilmektedir.
Karşılaştırıcıların çıkışı bir “veya” kapısına verilmiştir. “Veya” kapısı da bir yardımcı röleyi enerjilemektedir. Giriş gerilimi düşük gerilim ayar değerinden daha küçük ise veya aşırı gerilim ayar değerinden daha büyükse düşük veya aşırı gerilim karşılaştırıcısının çıkışı “1” olarak “veya” kapısının yardımcı rölenin enerjilenmesini sağlar. Böylece korunmakta olan sistem devre dışı bırakılmış olur.
