elektrik enerjisi Üretimi 10. hafta ders notu

Elektrik Enerjisi Üretimi

Kumanda ve Koruma Elemanları

Yrd. Doç. Dr. M. Mustafa ERTAY

DÜZCE ÜNİVERSİTESİ

Elektrik Enerji Üretimi 1

AYIRICILAR VE KESİCİLER

Orta gerilim ve yüksek gerilim sistemlerinde enerji

hatlarının açma ve kapama gibi işlemleri yapan elemanları

vardır. Bunlar genel olarak ikiye ayrılır:

• Ayırıcılar

• Kesiciler

Bu iki kumanda elemanı temel olarak açma ve kapama işi

yapmalarına rağmen yapılarında, kullanıldıkları yer ve kullanım şekillerinde büyük farklılıklar gösterir.

Elektrik Enerji Üretimi 2

Ayırıcılar

• Orta ve yüksek gerilim sistemlerinde devre yüksüz iken açma-kapama işlemi yapabilen ve açık konumda gözle görülebilen bir ayırma aralığı oluşturan şalt cihazlarıdır.

• Uygulamada seksiyoner olarak da bilinir.

Elektrik Enerji Üretimi 3

• Tesis bölümlerini birbirinden ayırıp bakım ve kontrol işlerinin güvenli bir şekilde yapılmasını sağlar. Ayrıca birden fazla ana bara bulunan sistemlerin açma ve kapama manevralarına hazırlanmasında ve birbirine bağlanmalarında kullanılır.

• Ayırıcılar ile, devreden akım geçerken yani devre yüklü iken açma kapama işlemi yapılmaz. Eğer yapılırsa ayırıcı ve ayırıcıyı açıp kapatan kişi zarar görür. Bu sebeple açma kapama işlemi yapılırken ilk önce ayırıcı açılıp kapatılmaz. Açma kapama işlemi yapılırken şu işlem sırası takip edilir:

İlk önce kesici açılır.

Daha sonra kesicinin giriş ve çıkışındaki ayırıcılar açılır.

Kapatılırken bu işlemin tersi olarak ilk önce ayırıcılar kapatılır.

Daha sonra kesici kapatılarak devreye enerji verilir.

Kesici yoksa alıcıların yükü devreden çıkartılır, sonra da ayırıcı açılır.

Elektrik Enerji Üretimi 4

Görevlerine göre ayırıcı çeşitleri

• Hat ayırıcısı

• Bara ayırıcısı

• Toprak ayırıcısı

• By-pass ayırıcı

• Transfer ayırıcısı

• Bara bölümleyici ayırıcılar

Elektrik Enerji Üretimi 5

Hat Ayırıcısı • Enerji nakil hatlarının giriş veya çıkışlarında beraber kullanıldığı kesici ile

hat arasına bağlanır. Beraber kullanıldığı kesici açık iken açma ve kapama yapabilen ayırıcılardır.

Bara Ayırıcısı • Enerji nakil hatlarının baralara girişinde ve çıkışında kesici ve bara arasına

bağlanır. Beraber kullanıldığı kesici açık iken açma kapama yapabilen ayırıcıdır.

Toprak Ayırıcısı • Enerjisi kesilmiş devre veya hatların üzerinde kalan artık birikmiş enerjiyi

toprağa akıtmaya yarayan ayırıcılardır. Birlikte kullanıldığı kesici ve ayırıcı açıldıktan sonra kapatılabilir. Hatta enerji var iken kapatılamaz. Devrede enerji var iken kapatılmasını önlemek için değişik şekillerde çalışan kilit tertibatları vardır. Bu kilitleme mekanizmaları sayesinde birlikte kullanıldığı kesici ve ayırıcı kapalı iken toprak ayırıcısının kapanması engellenir.

Elektrik Enerji Üretimi 6

By-pass Ayırıcısı Tek bara sisteminde devreden enerji çekilir iken, beraber kullanıldığı kesici kapalı iken, açıp kapatılabilen ve kesiciye paralel olarak bağlanan ayırıcılardır. Kesicinin bakıma alındığı veya arıza yaptığı durumlarda baraya enerji vermeye yarar. Kesici arızalandığında ve bakıma alındığında kesici gibi kullanılarak devreye enerji veren bir yük ayırıcısıdır. Transfer Ayırıcısı Çift bara sisteminde, ana bara ile yedek barayı (transfer bara) birbirine bağlayan ayırıcılardır. Ait olduğu kesici kapalı iken açılıp kapatılan ayırıcıdır. Fiderin kesici ve ayırıcıları, arıza yaptığı veya bakıma alındığı zamanlarda, enerjinin sürekliliğini sağlamak için transfer bara üzerinden fiderin (çıkış besleme) beslenmesini sağlar. Bara Bölümleyici Ayırıcılar Aynı gerilimli baraların birleştirilmesinde veya ayrılmasında kullanılan ayrıcılardır.

Elektrik Enerji Üretimi 7

Elektrik Enerji Üretimi 8

Monte edildikleri yerlere göre ayırıcı çeşitleri;

• Dâhilî tip ayırıcılar (Kapalı hücre ve şalt sahalarında kullanılır.)

• Haricî tip ayırıcılar(Direk üzerinde ve açık hava şalt sahalarında kullanılır.)

Dâhilî tip ve haricî tip ayırıcıların özelliklerini belirlemek için bazı değerlerin bilinmesi gerekir. Bunlar anma gerilimi, anma akımı , anma kısa devre akımı, kullanma yeri ve tipidir

Elektrik Enerji Üretimi 9

Elektrik Enerji Üretimi 10

• TAH 4/10 isimli bir ayırıcının özellikleri nelerdir?

T -Trifaze

A-Ayırıcı

H- Haricî

Nominal akımı 400A / 10 Anma gerilim 10kV

- TAH 4/10: Trifaze Haricî ayırıcı 400 A/ 10 kV anma değerlerinde.

Elektrik Enerji Üretimi 11

Yapı özelliğine göre çeşitleri:

Ayırıcılar yapı özelliğine göre temel olarak üç gruba ayrılır:

• Bıçaklı ayırıcılar

• Döner izolâtörlü ayırıcılar

• Yük ayırıcıları

Elektrik Enerji Üretimi 12

Elektrik Enerji Üretimi 13

Bıçaklı ayırıcılar • Bıçaklı ayrıcılar hareketli olan kontakları bıçak şeklinde olan

ayırıcılardır. Bina içine veya dışına konabilir. Genellikle orta (35 kV) gerilimde kullanılır. Açma ve kapama işlemi yapılan emniyetli mesafede durmak gereklidir.

Elektrik Enerji Üretimi 14

Döner izolâtör ayırıcıları • Hareketli kontaklara bağlı izolâtörlere kendi ekseni etrafında istenen

açılarda dönebilen ayırıcılardır. Dâhilî ve haricî tipleri vardır. En çok haricî tipleri kullanılır.

• Yüksek ve çok yüksek gerilimli trafo merkezlerinde kullanılır. 60, 154, 200, 380 kV ve 800 kV gerilimlerde kullanılan döner izolâtör ayırıcılar iki tipte yapılır:

• Tek döner izolâtörlü ayırıcılar

• Çift döner izolâtörlü ayırıcılar

Elektrik Enerji Üretimi 15

Elektrik Enerji Üretimi 16

Elektrik Enerji Üretimi 17

Yük ayırıcıları

• Kontakların pozisyonu gözle görülebilen, normal yüklü devreleri açıp

kapayan bazı tiplerinde kısa devre kesme özelliği olmayan bir ayırıcı çeşididir. Kesicilerden tasarruf etmek amacıyla kullanılır.

• Yük ayırıcıları OG şalt tesislerinde ayırıcılar ve kesiciler arasındaki büyük boşluğu doldurmak gayesiyle geliştirilen cihazlardır. Yük altında açma ve kapama yapabilmelerine karşılık (tipine bağlı olarak, anma açma gücü 6- 25 MVA), basit ve ekonomik olduklarından geniş bir kullanım sahasına sahiptir. Yük ayırıcılarının kullanılabileceği bir yerde yanlış bir seçimle kesici kullanmak, lüzumsuz olarak 3- 5 kat fazla masraf gerektirir.

Elektrik Enerji Üretimi 18

Kumanda şekillerine göre ayırıcı çeşitleri:

• Elle kumandalı (ıstaka ile) ayırıcılar

• Mekanik kumandalı ayırıcılar

• Elektrik motoru ile kumandalı ayırıcılar

• Basınçlı hava ile kumandalı ayırıcılar

Elektrik Enerji Üretimi 19

Elle Kumandalı Ayırıcılar

Emniyet mesafesi fazla olan bazı ayırıcılarda açma kapama işlemi yapılırken mekanik hareketi sağlayan kol uzaktan bir ıstaka (fiber malzemeden yapılmış, ucu kancalı uzun sopa şeklinde bir alet) ile hareket ettirilir.

Mekanik Kumandalı Ayırıcılar

Açma kapama işlemi için hareketi sağlayan, düzenin çalışması 30 mm çapında ve 3 m boyunda galvanizli çelik malzeme yardımıyla elle yapılan ayırıcılardır. Bazılarında bu mekanik düzenek dişlilerle hareketin iletildiği bir sistemdir.

Elektrik Motoru ile Kumandalı Ayırıcılar

Ayırıcının açma kapama işlemini yapan mekanizmanın hareketi bir elektrik motoruyla sağlanır. Elektrik motoru bir yönde çalıştırıldığında ayırıcı kapanır. Diğer yönde ayırıcı açılır. Motorlu kumandalı sistemlerde motorun hareketi özel bir dişli sistemi vasıtasıyla çıkış miline iletilir. Motor ve dişli sistemi, yardımcı kontak takımı ile birlikte dış tesirlere karşı korunmuş ve ısıtıcılı bir kutu içine yerleştirilmiştir. Kullanılan motorlar AC veya DC motor olabilir. Enerji kesilmelerinde elle kumanda edilebilir.

Basınçlı Hava ile Kumandalı Ayırıcılar

Ayırıcının açma kapama işlemini yapan mekanik düzenek (pnomatik) bir sistemle hareket ettirilir. Bu sistemin düz çalışmasıyla ayırıcı kapanır. Ters çalışmasıyla ayırıcı açılır.

Elektrik Enerji Üretimi 20

Elektrik Enerji Üretimi 21

Ayırıcı Seçimi

Ayırıcı seçiminde şu hususların dikkate alınması gerekir.

1- İşletme gerilimi

2- Maksimum işletme gerilimi

3- İzolasyon gerilimi

4- Nominal akımı

5- Kısa devre akımı

Elektrik Enerji Üretimi 22

Kesiciler Yüksek gerilimli ve büyük akımlı şalterlerde yük akımını ve kısa devre akımlarını kesmeye yarayan cihazlardır. Kesiciler üç faz kumandalı veya tek faz kumandalı olabilir. Orta ve yüksek gerilim sistemlerinde; yük altında, yani devreden akım çekilirken süratli ve emniyetli açma ve kapama yapabilen şalterlerdir. Ayırıcılara göre daha karmaşık bir elemandır. Dâhilî ve haricî olarak imal edilebilir. Kesiciler arkın söndürüldüğü ortama göre değişik tiplerde imal edilir. Bunlardan başlıcaları şunlardır • Kurmalı tip kesiciler • Havalı tip kesiciler • SF6 gazlı kesiciler • Vakumlu kesiciler

Elektrik Enerji Üretimi 23

Elektrik Enerji Üretimi 24

Elektrik Enerji Üretimi 25

Elektrik Enerji Üretimi 26

Kesicilerde ark söndürme yöntemleri

Kesicilerde ark söndürme işlemi, kesicinin büyüklüğüne tipine ve anma akımına göre aşağıdaki yöntemlerle yapılmaktadır.

• Yağ ile ark söndürme

• Basınçlı hava üfleyerek ark söndürme

• SF6 gazı üflenerek ark söndürme

• Manyetik üfleme ile ark söndürme

• Vakum yöntemi ile ark söndürme

Elektrik Enerji Üretimi 27

Elektrik Enerji Üretimi 28

Kesici Seçimi

• 1. Kesici Tipi

• 2. Inx1,5

• 3. Vnx1.1

• 4.Ikax1.1

Elektrik Enerji Üretimi 29

• Bara: Aynı gerilimdeki elektrik enerjisinin toplandığı veya dağıtıldığı bir ünitedir. Teçhizatın kendi kesicisi ile bağlı olduğu baraya ana bara, transfer kesici ile bağlı olduğu baraya da transfer veya yardımcı bara denir.

• Fider: Bir istasyonun barasından bir müşteri yada müşteri grubuna enerji taşımaya yarayan hat veya kablonun bulunduğu teçhizattır.

• (Jumper) Camper: Durdurucu ve hareket sonu direklerinde hattın iki sonunu birleştirmeye yarayan elemandır.

• Spacer (Ara Parçası) • Çok yüksek gerilimli elektrik enerjisinin hava hatları ile iletilmesinde aynı faza

ait iletkenlerin kesitleri yeterli olmadığı takdirde iletken sayıları 2-3 veya 4 demet şeklinde çekilir. Aynı faza ait iletkenler 2’li-3’lü veya 4'lü demet şeklinde çekildiği zaman rüzgârın etkisiyle birbirlerine çarparak temas edebilir. Bu durumda alüminyum iletkenin dış kısmında ezilme şeklinde zedelenmeler olur. Bu olumsuz durumu önlemek için aynı faza ait olan bu iletkenler hat boyunca 60-70 metre aralıklarla karşılıklı olarak birbirlerine esnek bir parça ile tutturulur. Aynı faza ait olan iletkenleri birbirlerine tutturan bu esnek parçaya spacer (sipeysır) denir.

Elektrik Enerji Üretimi 30

Elektrik Enerji Üretimi 31

Spacer (Ara Parçası)

Elektrik Enerji Üretimi 32

Elektrik Enerji Üretimi 33

Elektrik Enerji Üretimi 34

(Jumper)

Elektrik Enerji Üretimi 35

Elektrik Enerji Üretimi 36

• Damper Tanımı ve Yapısı (Titreşim Amortisörleri) YG enerji nakil hatlarında rüzgâr, iletkene titreşim yaptırır. Rüzgâr estiğinde, rüzgârın estiği yönün ters tarafında girdaplar meydana gelir. Bu girdap kuvveti iletkeni aşağı veya yukarı doğru hareket ettirmek için zorlar. Bu kuvvet iletkenin yorulmasına dolayısıyla kopmasına sebep olabilir. Aynı titreşim izolatörde ve direklerin cıvatalarında gevşemelere neden olmaktadır. İletkenlerin titreşimini önlemek için izolatörün uç kısmına yakın yere konan ek parçasına damper denir.

Elektrik Enerji Üretimi 37

Elektrik Enerji Üretimi 38

Elektrik Enerji Üretimi 39

Direkler • Direkler, iletim ve dağıtım hatlarında yaptıkları görevlere göre 5 gruba

ayrılabilir: 1) Taşıyıcı direkler : (a) Normal taşıyıcı (b) Köşede taşıyıcı 2) Durdurucu direkler : (a) Normal durdurucu (b) Köşede durdurucu 3) Ayırım (Branşman) direkleri 4) Son (Nihayet) direkler 5) Özel Amaçlı Direkler : (a) Müşterek direkler (b) Transformatör direkleri (c) Ayırıcı direkleri (d) Aydınlatma direkleri (e) Atlama direkleri

Elektrik Enerji Üretimi 40

• YG ve ÇYG hatlarında ortalama 1500 m’de bir (veya 7 direkte bir) durdurucu direk kullanılması gereklidir.

Elektrik Enerji Üretimi 41

Elektrik Enerji Üretimi 42

Elektrik Enerji Üretimi 43

Elektrik Enerji Üretimi 44

Elektrik Enerji Üretimi 45

Uyarı Topu :

• Yüksek gerilimli E.İ.H. ’nın uçak, helikopter gibi hava taşıtları tarafından görülebilecek şekilde işaretlenmesi için kullanılan bir küredir.

Elektrik Enerji Üretimi 46

Koruma Elemanları :

• Yüksek gerilim şalt tesislerinde, enerji nakil hatlarında (ENH) yüksek arıza akımlarının ve gerilimlerinin meydana getireceği ısı ve diğer olumsuz etkilere karşı koruyucu görevi yapan devre elemanlarına denir.

Bu koruma elemanları şunlardır:

Yüksek gerilim NH sigortaları

Parafudurlar

Kuşkonmazlar

İzolâtörler

Elektrik Enerji Üretimi 47

Elektrik Enerji Üretimi 48

Sigortalar • YG şebekelerinin herhangi bir noktasında meydana gelen

arızanın o hatalı işletme elemanı üzerindeki koruma elemanı tarafından ortadan kaldırılması gerekir. Sistemin diğer kısımlarının ise çalışmaya devam edecek şekilde olmasını temin etmek amacıyla yüksek gerilim koruma elemanlarına NH sigortaları denir.

Elektrik Enerji Üretimi 49

Parafudurlar • Yüksek gerilim tesislerinde hat arızaları, yıldırım düşmeleri ve

kesici açması gibi manevralar sonucu meydana gelen aşırı ve zararlı çok yüksek gerilim şoklarının etkisini önler. Ayrıca iletim hatlarında meydana gelen yürüyen dalgaların tahrip etkisini önleyen cihazlardır.

• Parafudur emniyet supabı gibi çalışır. Aşırı gerilim dalgalarını toprağa akıtır.

• Yüksek gerilim iletkeni ile toprak arasına bağlanır. Parafudur bir direnç ile buna seri bağlı bir ark söndürme elemanından ibarettir.

Elektrik Enerji Üretimi 50

Elektrik Enerji Üretimi 51

Koruma Röleleri: • Santrallar ve enerji iletim ve dağıtım şebekelerinde bildirim sistemleri,

arızaları, sesli veya ışıklı devre elemanları aracılığı ile bildirirler. Bazıları da bildirim yapmadan ayarlandıkları büyüklüklere göre devreleri açarlar.

• Şebekelerde oluşan arızaların etkili ve ekonomik bir şekilde önlenebilmesi için röleler, devre açıcı elemanlar ve bildirim sistemleri ile beraber kullanılır.

Röleler çalışma prensiplerine göre şu şekilde gruplandırılır:

• Sekonder aşırı akım rölesi • Diferansiyel aşırı akım rölesi • Toprak kaçağı koruma rölesi • Sargı kaçağı koruma rölesi • Sargı kısa devresi koruma rölesi • Ters akım rölesi ( vatmetrik röle) • Yatak ısınma rölesi • Bucholz (bukoz) rölesi • Temperatur (ısı kontrol) rölesi • Rotor-toprak arıza koruması

Elektrik Enerji Üretimi 52

Kuranportör • Enerji iletiminde güvenlik ve sürekliliği sağlamak için frekansları 50

kHz-500 kHz arasında olan iletişim sistemleri kullanılır. Bu sistemlere EİH taşıyıcı (Power Line Carrier –PLC- ya da kuranportör) sistemleri denir. Bu cihazlar “Taşıyıcı” adını her türlü bilgi ve ses işaretini radyo frekanslı işaret üzerine bindirilerek ilgili yerlere taşıdıkları için almışlardır.

• Enerji hatları üzerinden radyo frekansı ile bilgi taşımayı sağlayan cihaz (yöntem) genellikle 600 kHz'den daha düşük frekanslarda kullanılır. 50 Hz'de enerji taşıyan nakil hattının üzerine bindirilen yüksek frekanslı bilgi sinyali aynı hat üzerinden gönderilir. Türkiye'de power line carrier tekniği ile 380 kV ve 154 kV yüksek gerilim hatları üzerinden bilgi gönderilmektedir. Power line carrier haberleşmesi uzun mesafeli ve düşük hızlı olurken veri ve ses iletişimi için kullanılmaktadır.

Elektrik Enerji Üretimi 53

• Kuranportörler, enerji iletim hatlarını iletişim ortamı gibi değerlendirerek konuşma, koruma, sinyalizasyon ve bilgi iletişimi sağlayan radyo frekanslı (RF) alıcı–verici cihazıdır.

• Haberleşmenin yanında, başka bir kanal yardımı ile arızalı hattın her iki ucundaki kesicileri kumanda ederek devre açma ve kapama işlemini de yapar.

• Santraller, trafo merkezleri ve yük tevzi merkezlerinde kullanılır.

Elektrik Enerji Üretimi 54

İzolatörler • Enerji nakil hava hatlarında kullanılan iletkenlerin, direklere

tespitine yarayan, iletkenleri hem taşımaya hem de toprak ile diğer iletkenlere karşı izole etmeye yarayan şebeke malzemelerine izolâtör denir.

• İzolâtörler elektrik akımına karşı direnci çok büyük ve yüksek derecedeki sıcaklığa dayanıklı porselen, cam, epoksi reçine ve silikondan yapılır.

• İzolâtörler yapıldıkları malzemeye, kullanılma durumlarına ve yapılış tiplerine göre sınıflandırılır.

Yapıldıkları malzemeye göre izolâtör çeşitleri • Porselen izolâtörler • Cam izolâtörler • Epoksi reçineden yapılan izolâtörler • Silikondan yapılan izolâtörler

Elektrik Enerji Üretimi 55

Kapalı ve açık yerlerde kullanılma durumlarına

göre izolâtör çeşitleri

• Dahilî tip izolâtörler ( kapalı yerlerde kullanılan izolâtörler)

• Hâricî tip izolâtörler ( açık havadaki elektrik tesislerinde kullanılan

izolâtörler)

Yapılış tiplerine göre izolâtör çeşitleri

• Mesnet izolâtörler

• Zincir izolâtörler

• Geçit izolâtörleri

Elektrik Enerji Üretimi 56

Mesnet izolâtörleri • Enerji sistemlerinde travers veya kaide üzerine yerleştirilir. İçi

dolu veya boş, dış yüzeyi çıkıntılı veya etekli silindir şeklinde porselen, cam veya epoksi gövdeden meydana gelir.

• 35 kV’ye kadar bir eleman halinde, daha büyük gerilimlerde ise birkaç elemandan meydana gelecek şekilde dahilî ve hâricî tiplerde imal edilir.

Elektrik Enerji Üretimi 57

Elektrik Enerji Üretimi 58

Harici Mesnet İzolatörü

Elektrik Enerji Üretimi 59

Zincir izolâtörler

• OG ve YG hatlarında kullanılır. Porselen ve camdan yapılır. İzolâtörleri birbirine bağlayan toplu pim ile yuvalı kısım çelik dökümden yapılarak izolâtöre kurşun veya çimento ile tespit edilir. İzolâtörler toplu pim ve yuvalı kısım yardımıyla birbirine eklendikten sonra birbirlerine zincir gibi eklendikleri için zincir izolâtör adını alırlar.

• Zincir izolâtörler enerji nakil hatlarındaki taşıyıcı direklerde askı, durdurucu direklerde gergi şeklinde kullanılır.

Elektrik Enerji Üretimi 60

Elektrik Enerji Üretimi 61

Elektrik Enerji Üretimi 62

Geçit izolâtörleri

• 35 kV’den 400 kV’ye kadar olan gerilimlerde kullanılır. Genel olarak aygıt tipi ve istasyon tipi olmak üzere ikiye ayrılır. Aygıt tipi geçit izolâtörleri, transformatörlere, yağlı kesicilere, kondansatörlere ve diğer işletme araçlarına gerilim bağlanmasına yardım eder.

• İstasyon tipi geçit izolâtörleri de bağlama tesislerinde gerilimin duvardan izole edilerek baralara geçmesine yardım eder.

Elektrik Enerji Üretimi 63

Elektrik Enerji Üretimi 64

Elektrik Enerji Üretimi 65

Elektrik Enerji Üretimi 66