Sistem Mimarisi
Farklı güç sistemlerinin işletme ve koruma felsefelerinin karşılaştırılmasında, her iki disiplinde de temel bilgi altyapısının aynı olması dikkat çekicidir. Her ne kadar işletme mühendisliği sistemin verimliliği ve ekonomik çalışması, koruma mühendisliği ise sistemin güvenliği ve sürekliliği üzerine odaklansa da, her iki disiplin de temel elektrik teorisi, güç sistemi analizi ve ölçüm teknikleri gibi ortak bir bilgi birikimini kullanır. Bu ortak bilgi altyapısı, farklı hedeflere yönelik çalışmalarda bile, sistemin doğru anlaşılması ve yönetilmesi için gereklidir.
Hem işletme hem de koruma sistemlerinde alınan ölçümlerin doğruluğu, güvenilirliği ve kesinliği, doğru kararlar alınabilmesi için kritik öneme sahiptir. Yanlış veya hatalı ölçümler, hem sistemin verimliliğini düşürebilir hem de ciddi arızalara yol açarak büyük ekonomik kayıplara neden olabilir. Bu nedenle, her iki disiplin de ölçüm cihazlarının kalibrasyonu, ölçüm hatlarının tasarımı ve ölçüm sonuçlarının doğru değerlendirilmesi gibi konulara büyük önem verir. Ölçüm sistemlerinin güvenilirliği, hem sistemin gerçek zamanlı izlenmesi hem de geçmiş verilerin analiz edilerek gelecekteki olayların tahmin edilmesi açısından hayati bir rol oynar.
IEC 61850 standardının sağladığı esnek ve ölçeklenebilir çerçeveye dayanarak geliştirilecek yeni dijital istasyon mimarisi, hem işletme hem de koruma hizmetlerinin kesintisiz bir şekilde yürütülmesini sağlayacak şekilde tasarlanacaktır. Bu mimari, farklı üreticilerin cihazlarının sorunsuz bir şekilde entegre olmasına olanak tanıyarak, sistemin gelecekteki genişleme ve modernizasyon ihtiyaçlarına da cevap verebilecek şekilde tasarlanacaktır.
İki disiplin arasındaki tek gerçek fark yazılım olduğundan, dijital trafo merkezinde, donanım setleri her iki disiplinin daha kolay koordine olmasını sağlayan merkezi bir koruma ve kontrol (CPC) cihazıyla birleştirilebilir.
Birleştirme Birimi
Akım transformatörleri (CT) ve gerilim transformatörleri (VT), elektrik sistemlerinde ölçüm yapmak için kullanılan önemli cihazlardır. Bu cihazların hassasiyeti, yani ölçüm sonuçlarının gerçek değere ne kadar yakın olduğu, birçok faktöre bağlıdır. Bunlardan biri de yük empedansıdır.
İdeal bir CT, sıfır empedanslı bir yük tarafından ölçülmelidir. Bu durumda, CT'nin sekonder devresinde herhangi bir gerilim düşümü olmayacak ve ölçülen akım, birincil devredeki akıma tam olarak orantılı olacaktır. Ancak, gerçek dünyada sıfır empedanslı bir yük elde etmek mümkün değildir. Bu nedenle, CT'nin sekonder devresine bağlanan yükün empedansı mümkün olduğunca düşük tutulmalıdır. Yük empedansının artması, CT'nin doğruluğunu azaltır ve ölçüm hatalarına neden olur.
Benzer şekilde, ideal bir VT, sonsuz empedanslı bir yük tarafından ölçülmelidir. Bu durumda, VT'nin sekonder devresinden herhangi bir akım çekilmeyecek ve ölçülen gerilim, birincil devredeki gerilime tam olarak orantılı olacaktır. Ancak, gerçekte sonsuz empedanslı bir yük elde etmek mümkün olmadığından, VT'nin sekonder devresine bağlanan yükün empedansı mümkün olduğunca yüksek tutulmalıdır. Yük empedansının düşmesi, VT'nin doğruluğunu azaltır ve ölçüm hatalarına neden olur.
Yük empedansının CT ve VT hassasiyeti üzerindeki etkileri şu şekilde özetlenebilir:
Yüksek yük empedansı: CT'nin doğruluğunu azaltır, ölçülen akım gerçek değerden daha düşük olabilir.
Düşük yük empedansı: VT'nin doğruluğunu azaltır, ölçülen gerilim gerçek değerden daha düşük olabilir.
Mühendisler, CT ve VT'lerin doğruluğunu artırmak için şu önlemleri alırlar:
Yük empedansının dikkatli hesaplanması ve seçimi: CT ve VT'nin sekonder devresine bağlanacak cihazların empedansları, cihazın nominal değerlerine uygun olacak şekilde seçilir.
Yük empedansının dengeli dağılımı: Çok sayıda cihazın bağlandığı durumlarda, yük empedansının tüm fazlar arasında eşit olarak dağıtılması önemlidir.
CT ve VT'lerin doğru tipinin seçimi: Ölçülecek akım veya gerilimin büyüklüğüne, frekansına ve diğer özelliklerine uygun CT veya VT tipi seçilir.
Kalibrasyon: CT ve VT'lerin periyodik olarak kalibre edilerek doğruluğunun kontrol edilmesi gerekir.
Şekil 1'de gösterildiği gibi doğru ölçümler yapmak için bu cihazların seri olarak bağlanması gerektiğinden, daha fazla cihaz bağlandıkça IT genelindeki empedans artar.
Gerilim Trafosu (VT) Üzerindeki IED'lerin Seri Bağlantısı
Akım transformatörlerinin (CT) doğru çalışması, sekonder sargısının düşük bir empedansa sahip olmasıyla doğrudan ilişkilidir. Ancak, çeşitli nedenlerle (örneğin, yüksek yük empedansı, kısa devre akımları) CT'nin sekonder sargısı üzerindeki gerilim artışı, çekirdeğin doymasına neden olabilir.
Çekirdek Doyması Nedir?
Bir manyetik çekirdek, belirli bir manyetik akı yoğunluğuna kadar doğrusal bir şekilde manyetikleşir. Ancak, bu değerin üzerine çıkıldığında, manyetik akı yoğunluğundaki artışa rağmen manyetik indüksiyon azalmaya başlar. Bu duruma çekirdek doyması denir. CT'de çekirdek doyması, sekonder sargıdaki akımın artmasıyla birlikte çekirdekteki manyetik akının doğrusal olarak artmaması anlamına gelir.
Çekirdek Doymasının Sonuçları:
Doğrusal Olmayan İlişki: Normal şartlarda, CT'nin birincil ve ikincil sargılarındaki akımlar arasında doğrusal bir ilişki bulunur. Çekirdek doyması durumunda, bu doğrusal ilişki bozulur ve ikincil sargıdaki akım, birincil sargıdaki akımın doğru bir temsili olmaktan çıkar.
Ölçüm Hataları: Doymuş bir çekirdek, ölçülen akım değerlerinin gerçek değerlerden önemli ölçüde sapmasına neden olur. Bu durum, koruma sistemlerinin yanlış çalışmasına ve ekipmanın zarar görmesine yol açabilir.
Harmoniklerin Oluşumu: Çekirdek doyması, dalga şeklinin bozulmasına ve yüksek frekanslı harmoniklerin oluşmasına neden olur. Bu harmonikler, diğer elektriksel ekipmanlarda istenmeyen etkiler yaratabilir.
Isınma: Çekirdek doyması, CT'nin ısınmasına ve ömrünün kısalmasına neden olabilir.
Çekirdek Doymasının Nedenleri:
Yüksek Yük Empedansı: Sekonder sargıdaki yük empedansının yüksek olması, sekonder sargıdaki gerilimi artırır ve çekirdeğin doymasına neden olabilir.
Kısa Devre Akımları: Kısa devre durumunda, CT'nin birincil sargısından geçen akım çok yüksek değerlere ulaşabilir ve çekirdeği doyurabilir.
CT'nin Yanlış Seçimi: Ölçülecek akım değerine uygun olmayan bir CT'nin kullanılması, çekirdek doymasına neden olabilir.
Önlemler:
Düşük Yük Empedansı: CT'nin sekonder sargısına bağlanan yükün empedansı mümkün olduğunca düşük tutulmalıdır.
Yeterli Boyutlu Çekirdek: CT'nin çekirdeği, beklenen maksimum akıma göre yeterli boyutta olmalıdır.
Kalibrasyon: CT'lerin periyodik olarak kalibre edilerek doğruluğunun kontrol edilmesi gerekmektedir.
Koruma Sistemleri: CT'lerin aşırı akımlara karşı korunması için uygun koruma sistemleri kullanılmalıdır.
Sonuç olarak, CT'nin çekirdek doyması, ölçüm sistemlerinin doğruluğunu olumsuz etkileyen ciddi bir sorundur. Bu sorunun önlenmesi için yukarıda belirtilen önlemlerin alınması gerekmektedir.
VT'lere çok sayıda ölçüm cihazı bağlandığında da benzer bir sorun prtaya çıkar. CT'lerin aksine, VT'ler ideal olarak sonsuz empedanslı ve açık devre olarak görünen bir cihaz tarafından ölçülür.
Trafo voltajını ölçmek için, cihazlar Şekil 2'de gösterildiği gibi paralel bağlanmalıdır.
Gerilim Trafosu (VT) Üzerindeki IED'lerin Paralel Bağlantısı
Paralel olarak bağlanan cihazların toplam empedansının belirlenmesi, seri olarak bağlandıkları kadar basit değildir; bu hesaplamayı yapmak için aşağıdaki formül kullanılır:
Bu ilişkinin sonucu, paralel olarak ne kadar empedans bağlanırsa, eşdeğer empedans o kadar düşük olur. Bu düşük empedans, sekonder tarafta istenmeyen bir akım akışı ile sonuçlanır ve trafonun seri kaçağı, sekonder sargı üzerindeki voltajda bir değişiklik meydana getirir. Bu voltaj, trafonun çalışma hatasını arttıran primer sargı voltajının yanlış bir temsilidir.
Mevcut (analog) trafo merkezi tasarımında, CT'lere ve PT'lere yapılan bağlantılar, kumanda odasında bulunan çok sayıda IED'den oluşur. Sinyali ölçecek ve dijital versiyonu dağıtacak tek bir ön uç devresi uygulayarak, dijital trafo merkezinde her trafoya bağlı cihazların sayısı bire düşürülecektir. Bu kavramın sinyal akışı Şekil 3'te gösterilmektedir.
Bu sensörlerin uygun bir empedans olarak tasarlanması, mevcut sistem tarafından sunulamayan sistem ölçümlerinin doğruluğunu sağlayacaktır.
Birleştirme Birimi Tarafından Değiştirilecek Ortak Ön Uç Devresi
Bu devre mevcut IED'lerin ön ucunu değiştireceğinden, mevcut kablolama ve bağlantılar kullanılarak kontrol evine kolayca monte edilebilir. Şekil 4'te gösterilen böyle bir devre, IEC 61850-9-1'de tanımlandığı gibi bir Birleştirme Birimi (MU) olarak adlandırılmıştır:
Birleştirme birimi: çoklu analog CT / VT ve ikili girişleri kabul eden ve mantıksal arabirimler 4 ve 5 üzerinden veri iletişimi sağlamak için çoklu zaman senkronize seri tek yönlü çok damla dijital noktadan noktaya çıkışlar üreten bir arabirimdir.
Şekil 4 - IEC 61850-9-1 Birleştirme Ünitesi
Bu tanımda atıfta bulunulan mantıksal arayüzler (IF'ler) standartta da tanımlanır ve numune verilerinin (IF4) değişimini ve proses ve bölme seviyeleri arasında {veri (IF5) kontrolünü sağlayan arayüzlere atıfta bulunur. Bu, MU'nın sadece sensörlere bir ön uç olarak değil, aynı zamanda devre kesiciler, güç trafoları ve izolatörler gibi primer sistem ekipmanları için bir durum ve kontrol arayüzü olarak da hareket ettiği anlamına gelir.
Bu birimler, PTP veya daha yeni bir donanım katmanı, zaman damgası kullanılarak bir GPS alıcısıyla senkronize edilir ve sonuçta aynı UTC (NTSC) zaman damgasına sahip tüm çıktı örneklenmiş değerleri elde edilir.
Bu standartlaştırılmış örnek zamanlaması ( GPS alıcısı ) kullanılarak, tüm şebeke üzerindeki konumlardan alınan veriler, kullanılan verilerin ± 75 ns içinde ölçüldüğü kesinliği ile karşılaştırılabilir.
Bu dokümanda, temel koruma ve izleme için döngü başına 80 örneğin MU'lerinin örnekleme oranları ve güç kalitesi ve yüksek çözünürlüklü osilografi gibi uygulamalar için döngü başına 256 örnek için daha yüksek bir örneklemesi var. 60 Hz'lik bir sistem frekansında, bu sırasıyla 4: 8 kHz ve 15:36 kHz örnekleme hızı ile sonuçlanır.
Bu standardı kullanarak, iki numune hızının daha yavaş olması bile 40. dereceden sistem harmoniklerini tespit edebilir ve bir milisaniyenin yarısından daha kısa geçişleri ölçebilir.
Bu doğruluk, SCADA'nın veya elektromekanik cihazlarınkinden çok daha fazladır ve modern dijital cihazların başka türlü görülmemiş olabilecek olayların sistem bilgilerini izlemesini ve kaydetmesini sağlar.
Doküman: | The Future of Substations: Centralized Protection and Control by Adam Thompson at the Faculty of Virginia Polytechnic Institute and State University |
Format: | |
Boyut | 2.9 MB |
Sayfa: | 52 |
İndirme: |
Comments