Elektrik Mühendislerinin Bilmesi Gereken Sayısal Röleler Hakkında Temel Bilgiler

Sayısal Rölelerin Evrimi ve Modern Güç Sistemi Koruma Cihazları

Güç sistemlerinin korunması için kullanılan röle teknolojisi, 1980'li yılların ortalarında önemli bir dönüm noktasına ulaştı. Mikroişlemci tabanlı ilk koruma cihazları, 1985 yılında elektrik mühendisliği alanında kullanılmaya başlandı. Bu cihazlar, geleneksel elektromekanik rölelere kıyasla daha hassas ve güvenilir koruma sağlama potansiyeline sahipti.

Elektrik Mühendislerinin Bilmesi Gereken Sayısal Röleler Hakkında Temel Bilgiler

Sayısal teknolojinin elektrik endüstrisinde yaygın olarak kabul görmesi ve kullanıcıların bu alandaki deneyimleri, 1990'lı yılların başında ikinci nesil sayısal rölelerin geliştirilmesine zemin hazırladı. Bu yeni nesil röleler, daha gelişmiş algoritmalar ve daha yüksek işlem gücü sayesinde daha karmaşık koruma fonksiyonlarını yerine getirebiliyordu.

Günümüzde, modern güç sistemi koruma cihazları, entegre işlevselliğe sahip bir şekilde üretilmektedir. Bu cihazlar, sadece koruma sağlamakla kalmayıp aynı zamanda kontrol, izleme ve ölçüm gibi çoklu işlevleri de bünyesinde barındırmaktadır. Sayısal güç sistemi koruma cihazlarının sunduğu bu çok yönlü yetenekler, güç sistemlerinin daha güvenli, verimli ve güvenilir bir şekilde işletilmesine olanak tanımaktadır.

Ayrıca, bu cihazların gelişmiş iletişim yetenekleri, uzaktan kumanda, izleme ve veri transferini kolaylaştırır. Geleneksel elektromekanik ve statik koruma röleleri tek işlevli olup belirli karakteristiklere sahipken, modern sayısal koruma cihazları çok işlevli ve çeşitli karakteristikler sunar. Bunun yanı sıra, bazı koruma sistemleri giriş parametrelerini izleyerek farklı sistem koşullarına göre koruma karakteristiklerini dinamik olarak değiştirebilen uyarlanabilir özelliklere sahiptir.

Geleneksel röleler (elektromekanik ve statik), ölçüm prensipleri, kullanılan koruma algoritmaları, örnekleme yöntemleri, sinyal işleme, donanım seçimi ve yazılım disiplini gibi birçok açıdan sayısal tekniklere kıyasla daha sınırlı farklılıklar gösterir.

İlk nesil sayısal röleler, temel olarak statik rölelerin koruma karakteristiklerini karşılamak üzere tasarlanmışken, modern sayısal koruma cihazları kontrol ve izleme gibi ek işlevlerle kapsamlı koruma sağlayabilir. Bu cihazlar, koruma, güvenilirlik, arıza teşhisi ve arıza bilgisi açısından çeşitli avantajlar sunar. Ayrıca, sayısal koruma cihazları üretim, iletim ve dağıtım sistemlerinde kullanılmak üzere geliştirilmiştir.

Aşağıdaki bölümler, röle donanımı, röle yazılımı, çoklu koruma ve uyarlanabilir koruma özellikleri, veri depolama, enstrümantasyon yetenekleri, kendi kendini kontrol mekanizmaları, iletişim kapasitesi, ek işlevler, boyut ve maliyet etkinliği gibi konuları ele almaktadır.

---

İçindekiler Tablosu:

1. Röle Donanımı

2. Röle Yazılımı

3. Çoklu Koruma Özellikleri

4. Uyarlanabilir Koruma Özellikleri

5. Veri Depolama

6. Enstrümantasyon

7. Kendi Kendini Kontrol Eden Röle Özelliği

   1. Veri Toplama Sistemi Kontrolü

   2. Bellek Doğrulama Testi

   3. Ayar Noktası Doğrulama Testi

   4. Bekçi Zamanlayıcısı Kontrolü

8. Röle İletişimi

9. Sayısal Rölelerin Ek İşlevleri

10. Sayısal Rölelerin Boyutu

11. Sayısal Rölelerin Maliyeti

12. Yüksek Gerilim ve Çevresel Testler

    1. Elektriksel Ortam

    2. Atmosferik Ortam

13. Sonuç

---

1| Röle Donanımı

Röle Donanımı

Sayısal röleler, hesaplama donanımı olarak özel bir dijital sinyal işlemcisi (DSP) ve ilgili yazılım araçlarını kullanır. Röleye gelen voltaj ve akımlar, izolasyon transformatöründen geçirilerek işlenir. Rölenin voltaj girişleri, nominal voltajdan ADC’nin (analog-dijital dönüştürücü) giriş aralığına uygun olacak şekilde düşük bir seviyeye ölçeklendirilir.

Röleye gelen akım girişleri, nominal 5/1 A değerinden ölçeklendirilerek eşdeğer voltajlara dönüştürülür. Bu ölçeklendirilmiş sinyaller, yüksek frekanslı bileşenlerin temel frekans bileşenine aliasing etkisi yaratmasını önlemek için düşük geçişli bir filtre ile süzülür. Filtrelenen sinyaller, bir analog multipleksör aracılığıyla multiplekslenir ve gerektiğinde programlanabilir bir kazanç amplifikatörü ile yükseltilir. Ardından, multiplekslenen analog sinyal, ADC (analog-dijital dönüştürücü) kullanılarak örneklenir ve dijital verilere dönüştürülür.

Daha gelişmiş röleler, dijital sinyal işlemcisinin karmaşık algoritma hesaplamalarını yürüttüğü ve ana işlemcinin diğer tüm görevleri üstlendiği çok işlemcili bir mimariyi kullanır.

Şekil 1 – Sayısal rölenin blok diyagramı

İşlemciler arasındaki iletişim, çift portlu bellek aracılığıyla sağlanır. Programın depolanması için flaş bellek, değişkenler, hedef bilgileri ve osilografi verilerinin geçici olarak saklanması için ise RAM (rastgele erişim belleği) kullanılır. Kontak girişleri ve çıkışları, kullanıcı arayüzü (klavye ve sıvı kristal ekran) ile seri iletişim portları (RS-232 ve RS-485) ana işlemciye bağlanır.

Dijital sinyal işlemcisi, sayısallaştırılmış voltaj ve akım sinyallerinin çeşitli parametrelerini hesaplamak ve bunları çift portlu belleğe aktarmak için çeşitli sinyal işleme algoritmaları uygular. Ana işlemci, bu parametreleri çift portlu bellekten alır ve uygun tetikleme veya alarm çıkış sinyalleri üretmek için röle mantığını ve diğer zamanlama işlevlerini yerine getirir.

Çok görevli bir işletim sistemi altında çalışan ana işlemci, iletişim, ayar noktası güncellemeleri, hedef güncellemeleri ve kullanıcı arayüzü gibi çeşitli diğer görevleri de yerine getirir.

Kritik bileşenler için yedekleme sağlanması, rölenin güvenilirliğini artırır. Bazı dijital çok işlevli röleler, yedekli güç kaynakları kullanır. Her iki güç kaynağı da sürekli olarak sıcak bekleme durumunda çalışır ve bir kaynak arızalandığında, diğeri röleye kesintisiz güç sağlamaya devam eder. Röle, güç kaynağı arızası durumunda bakım personelini uyarmak amacıyla bir alarm göstergesi gönderir.

Analog sinyal girişleri (voltaj ve akım), kontak durumu girişleri ve iletişim devreleri, alt istasyon ve enerji santralinin zorlu elektriksel ve çevresel koşullarına dayanacak şekilde uygun şekilde şartlandırılır ve korunur. Röle girişleri, çıkışları ve güç kaynağı devrelerinin tasarımı, elektromanyetik girişimi (EMI) azaltmak için filtreleme içermelidir.

İstenmeyen indüklenen AC voltajını azaltmanın temel yöntemi, bu voltajları kapasitörler aracılığıyla toprağa yönlendirmektir. Ayrıca, varistörler, bobinler ve ferrit boncuklar gibi diğer bileşenler de dalgalanma voltajlarını ve EMI'yi (elektromanyetik girişim) bastırmak için kullanılır.

İçindekiler Tablosuna Geri Dön ↑

2| Röle Yazılımı

Sayısal bir rölede sunulan yazılım, genellikle gerçek zamanlı olarak çalışan bir dizi görev şeklinde düzenlenir. Ana bileşen, diğer görevlerin önceliklere göre gerektiğinde yürütülmesini sağlayan gerçek zamanlı işletim sistemi (RTOS)dir. Sunulan yazılım, aşağıdaki röleye özgü işlevlere bağlı olarak değişiklik gösterecektir.

• Sistem Hizmetleri Yazılımı – Bu yazılım, röle için düşük seviyeli I/O kontrolünü sağlar (örneğin, röle donanımı için sürücüler, önyükleme sırası, vb.).

• HMI Arayüz Yazılımı – Bu, uygun yazılım, depolama ve ayar verilerini çalıştıran başka bir bilgisayara veri bağlantısı aracılığıyla bağlanan ön panel kontrolleri aracılığıyla kullanıcıyla iletişim kurmak için kullanılan yüksek seviyeli yazılımdır.

• Uygulama Yazılımı – Bu yazılım, rölenin koruma işlevlerini tanımlar.

• Yardımcı İşlev Yazılımı – Bu yazılım, rölede sunulan diğer özellikleri uygular. Dijital röledeki yazılımın güvenilirliği, ürünün genel güvenilirliği açısından kritik bir öneme sahiptir. Dijital rölelerdeki yazılım sorunlarının çoğu, tasarım ve uygulama hatalarına dayanmaktadır.

Kodlama öncesi dikkatli planlama ve tasarım, daha güvenilir bir ürünle sonuçlanır. Ürün geliştirme süreci boyunca bir yazılım kalite güvence planı uygulanmalıdır. Test planları, dokümantasyon, ayrıntılı yazılım doğrulama ve denetim programları, yazılım hatalarını büyük ölçüde azaltabilir. Çok işlevli rölelerin yazılım doğrulaması ve testi, daha yüksek güvenilirlik sağlar.

Dijital çok işlevli rölelerin çeşitli tasarım aşamalarında gerçekleştirilecek bazı temel testler şunlardır:

• Röle Algoritması Simülasyon Testi

• Statik İşlevsel Test

• Dinamik İşlevsel Test

• Çevresel ve Donanım İle İlgili Testler

• Site Kurulumu ve Testi

İçindekiler Tablosuna Geri Dön ↑

3| Çoklu Koruma Özellikleri

Basit Ters Kesin Minimum Zaman Gecikmeli (IDMTL) aşırı akım ve toprak arıza rölelerinde, birden fazla karakteristik mevcut olup, bunlar arasında NI (Normal Inverse), VI (Very Inverse), El (Extremely Inverse), LTI (Long Time Inverse) ve DTL (Definite Time Lag) gibi karakteristikler bulunmaktadır.

Bu karakteristikler, rölenin sahada istenilen şartlara göre seçilmesine olanak tanır. Kullanıcılar, sistemin gereksinimlerine ve koşullarına uygun olan karakteristikleri seçerek, rölenin performansını optimize edebilirler.

İçindekiler Tablosuna Geri Dön ↑

4| Uyarlanabilir Koruma Özellikleri

Sayısal röleler, dijital girişlerinden alınan çalışma verilerini izleyerek kendilerini farklı sistem koşullarına göre uyarlayabilir. Bu uyarlamalara örnek olarak şunlar verilebilir:

Uyarlama #1 – Motor koruma rölesinde, başlatma ve çalışma koşulları için farklı ayarlar uyarlanabilir. Aşırı akım koruması, toprak arıza koruması, dengesizlik koruması ve durma koruması, başlatma sırasında çok hassas bir seviyeye ayarlanamaz çünkü başlatma akımı bu ayarları etkileyebilir.

Ancak, motorun çalışma koşulları sırasında bu korumalar için hassas ayarlar yapılabilir. Röle, çalışma sırasında bir grup ayardan diğerine geçiş yaparak uyum sağlar.

Uyarlama #2 – Transformatör koruma rölesinde, üçüncü eğime önyargı eğimi sınırı denir ve bu, daha fazla kararlılık sağlamak için kullanılır. Bu, geçiş hatası akımının izlenmesiyle elde edilebilir. Geçiş hatası akımı belirlenen değeri aştığında, röle, geçiş hatası koşulları için daha fazla kararlılık sağlamak amacıyla önyargısını otomatik olarak artırır.

Uyarlama #3 – Mesafe rölelerinde, paralel besleyici girişi, paralel çıkış ve topraklama gibi farklı sistem yapılandırmaları için, her bir koşul için farklı ayarlar yapılabilir.

Uyarlama #4 – IDMTL rölelerinde, sistem koşullarına bağlı olarak, örneğin giriş ve çıkış besleyici sayısı gibi faktörlere göre farklı ayarlar seçilebilir ve böylece daha iyi bir koruma sağlanabilir.

Şekil 2 – Cihaz türüne bağlı olarak farklı fonksiyon grubu türleri

Cihaz türüne bağlı olarak farklı fonksiyon grubu türleri bulunmaktadır: Koruma fonksiyon grupları ve Anahtarlama fonksiyon grupları. Koruma fonksiyon grupları, belirli bir nesneye, yani hatta atanan fonksiyonları birleştirir. Korunan nesnenin türüne ve özelliklerine bağlı olarak, hat, besleyici, trafo, motor gibi farklı koruma fonksiyon grubu türleri mevcuttur.

İçindekiler Tablosuna Geri Dön ↑

5| Veri Depolama

Sayısal rölede, veri depolama üç farklı formatta yapılır: arıza kaydı, olay kaydı ve dalga formu kaydı. Arıza kaydı, arıza hakkında tam bilgi sağlar; bu bilgiler arasında arıza akımı büyüklüğü, arıza türü, arıza fazı detayları gibi unsurlar yer alır ve tüm bunlar bir zaman damgasıyla birlikte kaydedilir. Ayrıca, motor koruma rölelerinde pozitif dizi, negatif dizi, eşdeğer akım ve fazlar arası fark akımı gibi ek bilgiler de bulunabilir.

Benzer şekilde, mesafe rölelerinde arıza yeri tespiti de yapılabilir. Arıza kaydı, arıza hakkında tüm bilgileri işletme personeline sunar. Olay kaydı ise, sistemde gerçekleşen tüm değişiklikleri röle içinde depolar; bu değişiklikler arasında koruma elemanının aktif durumu, alma ve bırakma işlemleri, çıkış ve giriş enerjilendirme ile ayar değişiklikleri gibi unsurlar bulunur.

Şekil 3 – Siemens SIPROTEC koruma rölelerindeki Olay ve Arıza kayıtları

Tüm olaylar zaman damgasıyla kaydedilir. Dalga formu kaydı, röle çalışması sırasında veya talep üzerine analog ve dijital kanal değerlerini depolar. Bu kayıt, arıza dalga formlarının (geçici) ve anlık değerlerin gibi bilgilerin doğasını ortaya koyar.

Ayrıca, röle ve kesicinin çalışma sürelerini hesaplamak da mümkündür.

Bu kayıtlar, dijital test sistemi aracılığıyla verilerin röleye geri yüklenebileceği 'Comtrade' formatına dönüştürülebilir. Ayrıca, bu kayıtlar devreye alma sırasında faz ilişkisini doğrulamak amacıyla manuel olarak tetiklenip görüntülenebilir. Ayrıca, arıza miktarlarındaki harmonik içeriği tespit etmek için harmonik analizör yazılımına da aktarılabilir.

Şekil 4 – Tetikleme Öncesi ve Arıza Sonrası kayıt sürelerini gösteren Osilografik Arıza Kaydı

İçindekiler Tablosuna Geri Dön ↑

6| Enstrümantasyon

Sayısal röleler, bir ölçüm fonksiyonu sağlayarak ayrı montelenmiş ölçüm cihazlarının kullanılmasına gerek kalmaz. Ayrıca, bazı röleler enerji ölçüm cihazı işlevi de sunabilir.

Röle, işletme personelinin çeşitli parametreleri çevrimiçi olarak görüntüleyebildiği bir ölçüm tesisatı sunar. Bu ölçüm özellikleri, birincil enjeksiyonun yapıldığı devreye alma sürecinde değerli bir araç olarak kullanılabilir. Bu, belki de en belirgin ve en basit fonksiyonlardan biridir, çünkü en az ek işlemci süresi gerektirir.

Rölenin koruma fonksiyonunu yerine getirebilmesi için gerekli olan değerler zaten elde edilip işlenmiştir. Bu nedenle, bu değerleri ön panelde görüntülemek ve/veya gerektiğinde uzak bir bilgisayara ya da HMI istasyonuna iletmek oldukça basittir.

Mevcut giriş sinyallerine bağlı olarak, ölçülen miktarlardan bir dizi ek miktar türetilebilir.

Bunlar şunları içerebilir:

1. Sıra miktarları (pozitif, negatif, sıfır)

2. Güç, reaktif güç ve güç faktörü

3. Enerji (kWh, kvarh)

4. Bir periyottaki maksimum talep (kW, kvar; ortalama ve tepe değerleri)

5. Harmonik miktarlar

6. Frekans

7. Sıcaklıklar/RTD durumu

8. Motor başlatma bilgileri (başlatma süresi, toplam başlatma/yeniden ivmelenme sayısı, toplam çalışma süresi)

9. Arızaya olan mesafe

MiCOM P139 Nasıl Konfigüre Edilir?

Ölçülen değerlerin doğruluğu, yalnızca kullanılan dönüştürücülerinin (VT'ler, CT'ler, A/D dönüştürücüler, vb.) doğruluğuyla sınırlıdır. Koruma işlevlerinde kullanılan CT'ler ve VT'ler, ölçüm işlevlerinde kullanılanlardan farklı doğruluk spesifikasyonlarına sahip olabileceğinden, bu tür veriler tarife amaçları için yeterince doğru olmayabilir.

Ancak, bir operatörün sistem koşullarını değerlendirmesi ve uygun kararlar alması için yeterince doğrudur.

Motor koruma rölesinde, enstrümantasyon modu ayrıca motor durumunu, açma süresini (anormal koşullar sırasında), başlatma süresini (koruma kilitlenmişse), son başlatma süresini, son başlatma akımını, pozitif, negatif, fark akımı değerlerini vb. gösterebilir.

İçindekiler Tablosuna Geri Dön ↑

7| Kendi Kendini Kontrol Eden Röle Özelliği

Kendi kendine teşhis, sayısal rölelerin en önemli özelliklerinden biridir ve bu özellik, elektromekanik ya da statik röle tasarımlarında mevcut değildi. Sayısal röleler, sistemdeki herhangi bir arızayı koruma işlevi devreye girmeden önce tespit etme ve düzeltme yeteneğine sahiptir.

Bu, geleneksel koruma sistemlerinden önemli bir farktır çünkü geleneksel sistemlerde, bir röle arızası ancak bir olay sırasında veya bir sonraki bakım testinde doğru şekilde çalışmadığı fark edilirdi. Kendi kendine teşhis özelliği, sistemin herhangi bir arızayı daha erken tespit etmesine olanak tanır ve böylece arızanın ciddi sonuçlar doğurmasını önlemeye yardımcı olur. Bu, güvenlik ve sistem verimliliği açısından büyük bir avantaj sağlar.

Dijital çok işlevli rölelerde uygulanan en önemli kendi kendine teşhis işlevleri aşağıda ayrıntılı olarak açıklanmıştır.

İçindekiler Tablosuna Geri Dön ↑

7.1| Veri Toplama Sistemi Kontrolü

Güç kaynağı voltajları ve topraklama, multiplexer'ın analog giriş kanallarına bağlanır ve bu bağlantılar, belirlenen uyarı ve arıza eşiklerine karşı sürekli olarak izlenir. Bu süreç, aynı zamanda analog veri toplama sisteminin doğruluğunu sağlamak için multiplexer, programlanabilir kazanç amplifikatörü ve ADC (Analog-Dijital Dönüştürücü) bileşenlerinin doğru şekilde çalıştığının doğrulanmasını da içerir.

Ayrıca, ADC'nin dönüştürme süresi, belirtilen teknik spesifikasyonlara uygun olup olmadığını kontrol etmek amacıyla izlenir. Bu kontroller, veri toplama sisteminin güvenilirliğini ve doğru çalışmasını sağlamak için kritik öneme sahiptir.

İçindekiler Tablosuna Geri Dön ↑

7.2| Bellek Doğrulama Testi

Flash ROM içeriği, her bir verinin doğruluğunu sağlamak için kontrol toplamı hesaplanarak doğrulanır. Bu hesaplanan kontrol toplamı, önceden hesaplanmış ve depolanmış olan kontrol toplamı ile karşılaştırılır. Kontrol toplamı, tüm baytların modül-256 toplamı olarak hesaplanır, yani her baytın değeri toplanır ve 256'ya bölünerek kalan değer elde edilir.

Bu yöntem, verilerin bütünlüğünü ve doğruluğunu kontrol etmek için kullanılır. RAM ise, doğrulama amacıyla belirli bir test deseni yazılıp okunarak test edilir. Bu işlem, RAM'in doğru şekilde veri yazma ve okuma kapasitesini kontrol etmek için yapılır ve olası donanım hataları veya bozulmalar tespit edilir.

İçindekiler Tablosuna Geri Dön ↑

7.3| Ayar Noktası Doğrulama Testi

Ayar noktaları, sistemin düzgün çalışmasını sağlamak için seri EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) belleğinde saklanır. Bu ayar noktalarının bir kopyası, röle mantığının işlemesi için gerekli olan verileri sağlamak amacıyla RAM'da da depolanır. Böylece, ayar noktalarına hızlı erişim sağlanır.

Eğer herhangi bir ayar noktası değiştirilirse, bu değişikliklerin doğruluğunu kontrol etmek için EEPROM'un içeriğinden ayar noktalarının kontrol toplamı hesaplanır. Hesaplanan bu kontrol toplamı, ayar noktaları her yürütüldüğünde RAM'da depolanan ayar noktalarına ait kontrol toplamıyla karşılaştırılır.

Bu karşılaştırma, ayar noktalarındaki herhangi bir hata veya bozulma durumunun erken tespit edilmesine yardımcı olur ve sistemin güvenilirliğini sağlar.

İçindekiler Tablosuna Geri Dön ↑

7.4| Bekçi (Watchdog) Zamanlayıcısı Kontrolü

Röle donanım tasarımı, donanım veya yazılım kaynaklı aksaklıklar nedeniyle programın kaybolması ya da işlemcinin yanıt vermemesi durumunda, işlemcinin düzenli olarak sıfırlanmasını sağlayan bir bekçi zamanlayıcı sıfırlama devresi içerir.

Bu devre, işlemcinin düzgün çalışıp çalışmadığını izler ve eğer belirli bir süre içinde işlemciden yanıt alınamazsa, bekçi zamanlayıcısı devreye girer ve işlemciyi sıfırlayarak sistemin yeniden çalışmasını sağlar. Bu mekanizma, sistemin kararsızlık veya donma durumlarına karşı korunmasını sağlayarak, güvenilir ve sürekli bir işlem süreci sağlar.

Röle donanımı ve yazılımı, sistemin doğru çalışıp çalışmadığını sürekli olarak izleyen dahili bir denetim mekanizmasına sahiptir. Bu mekanizma, herhangi bir anormallik veya arıza tespit ederse, röle güvenli bir şekilde kapanarak çalışmayı durdurur. Ayrıca, arızanın niteliği hakkında işletme personeline bilgi vererek, sorunun kaynağının belirlenmesine yardımcı olur. Eğer röle, hizmette başarısız olursa ve normal işleyişi kesilirse, işletme personeli bu durumu derhal fark edebilir ve gerekli düzeltici işlemleri yaparak sistemi yeniden işler hale getirebilir. Bu, sistemin güvenliğini sağlamak ve arızaların hızlı bir şekilde giderilmesini temin etmek için kritik bir özelliktir.

İçindekiler Tablosuna Geri Dön ↑

8| Röle İletişimi

İletişim, röleyi daha akıllı hale getirir ve işletme personelinin röleyi ayarlamasına, ayrıca arıza bilgilerini indirmesine olanak tanır. Ayrıca, güncellenmiş yazılımı röleyi üreticiye geri göndermeden doğrudan sahada röleye yüklemek de mümkündür.

Böylece, sayısal rölelerdeki iyileştirmeler, röleyi üreticiye göndermeden sahada yükseltilebilir ve bu da rölenin çalışmama süresini azaltır.

Şekil 5 – Kendini izleme sistemi

Sayısal röleler, giriş verilerinin işlenmesini dijital bir teknikle gerçekleştirir. İşlenen verilere röle iletişim portu üzerinden erişilebilir. Günümüzde sayısal rölelerin veri iletişimi ve kontrolü için ayrı bir üst düzey iletişim sistemi bulunmasına rağmen, telefon hatları gibi basit iletişim ortamları kullanarak uzaktan kontrol ve izleme sağlamak da mümkündür.

İçindekiler Tablosuna Geri Dön ↑

IEC 61850

Özetle, geleneksel koruma şemalarında, devre kesiciler, CT/VT'ler ve güç trafoları gibi tüm primer ekipmanlar, sabit kablolarla ikincil sisteme bağlanır. Eski rölelerde genellikle sadece bir işlev bulunur, bu nedenle bir trafo merkezi bölmesini korumak, kontrol etmek ve izlemek için çok sayıda ekipman kullanmak gereklidir.

Öte yandan, modern koruma şemalarında, akıllı koruma röleleri tek bir cihazda birden fazla işlevi destekler. Bu, güç sistemi korumasında kullanılan bilgisayar teknolojilerinin büyük bir gelişiminin sonucudur. Bu nedenle, tek bir akıllı cihaz, koruma, kontrol, ölçüm ve arıza kaydı gibi farklı işlevleri aynı anda yerine getirebilir.

Günümüzde, tüm koruma rölesi üreticileri IEC 61850 standardının çeşitli bölümlerine uyum sağlamaya çalışmaktadır. 61850 uyumlu röleler, sabit kabloların büyük bir kısmını birkaç ağ kablosuyla değiştirerek, aynı zamanda sistem performansını da iyileştirir. En son elektronik, iletişim ve bilgisayar teknolojilerinden faydalanarak, 61850 uyumlu cihazlar, son kullanıcılara trafo merkezlerini daha verimli bir şekilde tasarlama, inşa etme ve bakımını yapma imkanı sunar.

IEC 61850 tabanlı çözümler artık farklı üreticilere ait akıllı elektronik cihazlar (IED) arasında tam bir birlikte çalışabilirliği destekliyor. Kamu hizmetleri artık herhangi bir trafo merkeziyle ilgili donanım veya yazılımda IEC 61850 yeteneklerinin bulunmasını talep ediyor.

İçindekiler Tablosuna Geri Dön ↑

9| Sayısal Rölelerin Ek İşlevleri

Modern sayısal röleler, yalnızca temel koruma işlevlerini yerine getirmekle kalmaz, aynı zamanda aşağıda sıralanan ek işlevleri de vardır:

1. Devre kesici arızası

2. Yük kaybı, iletken kopması

3. Geçiş devresi denetimi

4. Devre kesici koşullarının izlenmesi, genellikle engelleme için çeşitli mantık yapıları için programlanabilir dijital çıkışlar ve girişler dahil

5. Buchholz rölesi alarmı/geçişi ve sargı sıcaklığı alarmı/geçişi kontakları gibi yardımcı röleler, röleye mantık girişi olarak bağlanabilir ve röle çalışmasının ayrıntıları olay günlük sayfasında görülebilir

6. Röle kullanıcısı, dahili elemanları ve girişleri, yani VT/CT denetimini kullanarak özel yapım mantık da oluşturabilir.

İçindekiler Tablosuna Geri Dön ↑

10| Sayısal Rölelerin Boyutu

Sayısal röleler, çok işlevli yapıları sayesinde elektromekanik ve statik rölelere göre çok daha kompakt bir boyuta sahiptir. Bu röleler, birden fazla işlevi tek bir cihazda birleştirerek, sistemin daha verimli ve yer tasarrufu sağlayacak şekilde çalışmasını mümkün kılar. Örneğin, sayısal rölelerde aşağıdaki gibi çeşitli koruma işlevlerini tek bir rölede bir arada bulundurmak mümkündür.

Mevcut Motor Koruma Özellikleri:

1. Termal koruma

2. Dengesizlik koruması

3. Düşük akım koruması

4. Aşırı akım, toprak hatası koruması ve sıcaklık koruması

5. Başlatma sayısı

6. Saat çalışma sayacı

7. Ampermetre

Tüm bu işlevler, geleneksel sistemlere kıyasla çok daha küçük ve hafif bir yapıya sahip olan tek bir röle içerisinde birleştirilebilir. Bu sayede, tek bir röle, birden fazla koruma ve izleme fonksiyonunu etkili bir şekilde yerine getirebilir, böylece hem yer tasarrufu sağlanır hem de sistemin genel ağırlığı ve karmaşıklığı azaltılır.

İçindekiler Tablosuna Geri Dön ↑

11| Sayısal Rölelerin Maliyeti

Modern sayısal koruma cihazları, birden fazla koruma fonksiyonuna sahip olup, bu özellikleri sayesinde rölenin maliyetini elektromekanik ve statik rölelerle karşılaştırılabilir bir seviyeye getirir. Mikroişlemci ve dijital donanım teknolojilerinin maliyetleri her geçen gün azalmakta, bu da son kullanıcıya sayısal rölelerde daha düşük bir fiyatla çok daha fazla işlevsellik sunma fırsatı sağlar. Bu durum, daha az maliyetle daha fazla koruma ve izleme imkanı sunarak, son kullanıcı için önemli bir maliyet avantajı yaratmaktadır.

Aşağıdaki maliyet düşüşleri, tüketiciye sağlanan faydayı artırır:

1. Koruyucu ve yardımcı röle sayısı azalır.

2. Daha düşük VA yüküne sahip CT ve PT'ler yeterli olur, bu da CT ve PT maliyetlerinin azalmasına yol açar.

3. Gereken panel alanı çok daha küçüktür, bu da gösterge panellerinin boyutunun küçülmesini sağlar ve sonuçta daha fazla maliyet tasarrufu sağlar.

4. Rölenin kablolaması, elektromekanik ve statik rölelere kıyasla çok daha azdır, bu da kablolama malzemesi ve işçilik maliyetlerinde tasarruf sağlar.

Şekil 6 – EASERGY koruma rölesinin ön paneli

İçindekiler Tablosuna Geri Dön ↑

12| Yüksek Gerilim ve Çevresel Testler

Sayısal röleler, IEC 255-5 standardına uygun olarak dielektrik dayanıklılığı, darbe gerilimi ve yalıtım direnci açısından test edilir. Bu testler, rölenin güvenli ve doğru çalışmasını sağlamak amacıyla yapılır. Röle, en az 2 kV dielektrik gerilimine dayanabilmeli, 5 kV'luk darbe gerilimlerine karşı korunmalı ve yalıtım direnci 1000 M-ohm'dan büyük olmalıdır. Bu kriterler, rölenin yüksek gerilimlere karşı dayanıklı olmasını ve uzun süreli güvenli kullanımını garanti eder.

12.1| Elektriksel Ortam

Röle, IEC 1000-4 ve ANSI 37.90 standartlarına uygun olarak, yüksek frekanslı bozulmalar, hızlı geçişler, elektrostatik deşarjlar, radyo frekansı (RF) etkileşimleri ve darbe etkileri gibi çeşitli elektromanyetik bozulma türlerine karşı test edilir. Bu testler, rölenin elektromanyetik parazitlere karşı dayanıklılığını ve güvenli şekilde çalışmasını sağlamak amacıyla yapılır. Bu tür testler, rölenin, çevresindeki elektromanyetik ortamda, çeşitli parazitler veya gerilim dalgalanmalarına rağmen kesintisiz ve doğru şekilde işlev göstermesini garantiler.

12.2| Atmosferik Ortam

Bir röle, genellikle IEC 255-6 standardına uygun olarak -25°C ile +70°C arasındaki sıcaklıklarda depolanabilir ve -25°C ile +55°C arasında sorunsuz bir şekilde çalışabilir. Ayrıca, röle, IEC 68-2-3 standardına göre nemli ortamlarda kullanılabilir. Rölenin dış koruma seviyesi, IEC 529 standardına göre IP 52 muhafaza koruması sağlar, bu da toza karşı korunmasını ve su sıçramalarına karşı dayanıklılığını garanti eder.

Röle ayrıca, IEC 255-21 standardına uygun olarak, sismik etkiler, şoklar ve darbeler karşısında Sınıf 1 dayanıklılığına sahiptir. Bunun yanı sıra, titreşim testlerine de IEC 255-21 standardına uygun olarak tabi tutulur, bu da rölenin zorlu koşullarda dahi güvenli ve verimli bir şekilde çalışmasını sağlar.

İçindekiler Tablosuna Geri Dön ↑

13| Hadi Bir Sonuç Çıkaralım

Modern sayısal koruma cihazları, statik ve elektromekanik koruma sistemlerine kıyasla çok daha fazla özellik ve fonksiyon sunar. Bu cihazlar, gelişmiş teknoloji ve entegre işlevlerle donatılmıştır ve kullanıcıya daha verimli, güvenilir ve esnek bir koruma çözümü sağlar. Aşağıda, bu sayısal cihazların sunduğu bazı önemli özellikler belirtilmiştir:

• Karmaşık ve çoklu koruma özellikleri sayesinde koruma seviyesi artırılmıştır.

• Kendini kontrol etme özelliği, koruma sisteminin güvenilirliğini ve doğruluğunu artırır.

• İletişim yeteneği, sayısal koruma sistemini daha akıllı hale getirir ve kullanıcıya önemli bilgiler sunar.

Bu nedenle karmaşık, güvenilir, çok işlevli gereksinimler için sayısal röleler kullanılmalıdır.

İçindekiler Tablosuna Geri Dön ↑

Referanslar Kaynaklar:

1. Switchgears – BHEL

2. The Art and Science of Protective Relaying – C. Russel Mason

3. Protective Relays Application Guide – GEC Alstom T&D, 1987

4. Network Protection and Automation Guide – Alstom, 2002

5. Reyrolle Product Technical Manual

6. SEL Technical Papers on Distance Protection with M3425 Technical Manual

7. Alstom Relay Manual