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.

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.
İçindekiler Tablosu:
1| Röle Donanımı


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.
2| Röle Yazılımı
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.
Röle Algoritması Simülasyon Testi
Statik İşlevsel Test
Dinamik İşlevsel Test
Çevresel ve Donanım İle İlgili Testler
Site Kurulumu ve Testi
3| Çoklu Koruma Özellikleri
4| Uyarlanabilir Koruma Özellikleri
Ancak, motorun çalışma koşulları sırasında bu korumalar için hassas ayarlar yapılabilir. Röle, çalışma sırasında bir grup ayardan diğerine geçiş yaparak uyum sağlar.

5| Veri Depolama


6| Enstrümantasyon
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.
Sıra miktarları (pozitif, negatif, sıfır)
Güç, reaktif güç ve güç faktörü
Enerji (kWh, kvarh)
Bir periyottaki maksimum talep (kW, kvar; ortalama ve tepe değerleri)
Harmonik miktarlar
Frekans
Sıcaklıklar/RTD durumu
Motor başlatma bilgileri (başlatma süresi, toplam başlatma/yeniden ivmelenme sayısı, toplam çalışma süresi)
Arızaya olan mesafe
7| Kendi Kendini Kontrol Eden Röle Özelliği
7.1| Veri Toplama Sistemi Kontrolü
7.2| Bellek Doğrulama Testi
7.3| Ayar Noktası Doğrulama Testi
7.4| Bekçi (Watchdog) Zamanlayıcısı Kontrolü
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.
8| Röle İletişimi

IEC 61850
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.
9| Sayısal Rölelerin Ek İşlevleri
Devre kesici arızası
Yük kaybı, iletken kopması
Geçiş devresi denetimi
Devre kesici koşullarının izlenmesi, genellikle engelleme için çeşitli mantık yapıları için programlanabilir dijital çıkışlar ve girişler dahil
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
Röle kullanıcısı, dahili elemanları ve girişleri, yani VT/CT denetimini kullanarak özel yapım mantık da oluşturabilir.
10| Sayısal Rölelerin Boyutu
Termal koruma
Dengesizlik koruması
Düşük akım koruması
Aşırı akım, toprak hatası koruması ve sıcaklık koruması
Başlatma sayısı
Saat çalışma sayacı
Ampermetre
11| Sayısal Rölelerin Maliyeti
Koruyucu ve yardımcı röle sayısı azalır.
Daha düşük VA yüküne sahip CT ve PT'ler yeterli olur, bu da CT ve PT maliyetlerinin azalmasına yol açar.
Gereken panel alanı çok daha küçüktür, bu da gösterge panellerinin boyutunun küçülmesini sağlar ve sonuçta daha fazla maliyet tasarrufu sağlar.
Rölenin kablolaması, elektromekanik ve statik rölelere kıyasla çok daha azdır, bu da kablolama malzemesi ve işçilik maliyetlerinde tasarruf sağlar.

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.
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.
Referanslar Kaynaklar:
Switchgears – BHEL
The Art and Science of Protective Relaying – C. Russel Mason
Protective Relays Application Guide – GEC Alstom T&D, 1987
Network Protection and Automation Guide – Alstom, 2002
Reyrolle Product Technical Manual
SEL Technical Papers on Distance Protection with M3425 Technical Manual
Alstom Relay Manual
Comments