Orta Gerilim Şalt Cihazları, kontrol, ölçüm, koruma ve düzenleme sistemleriyle entegre olarak, orta gerilim elektrik yüklerinin anahtarlanmasını sağlar. Bu işlem, önemli ölçüde insan etkileşimi gerektirdiğinden, uluslararası standartlarda tanımlanan güvenlik protokollerine sıkı sıkıya uyulmalıdır.
Belirtilen operasyonel hedeflere ulaşmak için çeşitli kontrol ve kilitleme algoritmaları uygulanmaktadır. Bu teknik makale, söz konusu algoritmaların şemalarını detaylı bir şekilde incelemektedir:
Bu devre şemaları, orta gerilim şalt cihazı uygulamalarında yaygın olarak kullanılmakta olup, çoğu sistem konfigürasyonunda standart olarak entegre edilmiştir.
Devre kesicilerin (CB) açma bobinlerinin (trip bobini) güç gereksinimleri, düşük güçlü dağıtım devre kesicileri için 50 Watt'tan, yüksek gerilim (EHV) devre kesicileri için 3000 Watt'a kadar değişebilir. Yüksek akım taşıma kapasitesi gerektiren uygulamalarda, ara kontaktör elemanları standart olarak kullanılmaktadır.
Söz konusu ara kontaktör elemanı, aşağıda detaylandırılan üç farklı konfigürasyondan herhangi birine entegre edilebilir.
Devre şemalarının fonksiyonel spesifikasyonları sabit kalmasına rağmen, proje bazında aşağıdaki parametrelere bağlı olarak değişkenlik gösterebilir:
AC/DC Güç Dağıtım Topolojisi
Sistem/Veri Yolu Mimarisi
Kesici Açma Bobini Sayısı
Alarm Sinyali Sınıflandırması ve Tetikleme/Tetiklememe Ayrımı
Açma Mantığı
Yukarıda belirtilen spesifikasyonlar, müşteri gereksinimleri ile uyumlu hale getirilerek ve zaman içinde elde edilen operasyonel tecrübeler doğrultusunda kesinleştirilir.
2| Standart Açma (Trip) Şemaları
Orta gerilim (OG) şalt cihazları, elektrik enerjisi dağıtım sistemlerinin kritik bileşenleridir. Bu cihazların güvenli ve etkin bir şekilde çalışması, sistemdeki arızaların hızlı bir şekilde tespit edilip izole edilmesine bağlıdır. Standart açma (trip) şemaları, OG şalt cihazlarının arıza durumlarında devreye girerek sistemi korumasını sağlayan temel mekanizmaları içerir. Bu şemalar, aşırı akım, kısa devre, toprak hatası gibi çeşitli arıza türlerine karşı koruma sağlayacak şekilde tasarlanmıştır.
Bu, yaygın olarak uygulanan bir açma şemasıdır. Koruma rölesi (PR) kontakları, devre kesicinin (CB) doğrudan açılmasını sağlayacak şekilde yapılandırılmıştır. Eş zamanlı olarak, açma bobinini enerjilendiren yardımcı ünite X'i aktif hale getiren kontaklar da devreye girer. Şematik gösterim Şekil 1'de sunulmuştur.
Önceki açma şemalarının tamamı, açma işlemi için ayrı bir DC güç kaynağı kullanımını gerektirmektedir. Buna alternatif olarak, arıza akımını devre kesicinin (CB) açılmasını tetiklemek için kullanan bir şema, seri açma şeması olarak adlandırılır.
Seri açma (trip) şemaları, arıza akımının doğrudan devre kesicinin (CB) açma bobinini (trip bobini) enerjilendirmesi prensibiyle çalışır. Bu şemalar, aşağıda detaylandırıldığı üzere, arıza akımının algılanması, açma bobinine iletilmesi ve devre kesicinin açılması için spesifik bileşenler ve devre topolojileri kullanır.
2.2.1| Röleleri Kullanma
Seri açma bobini, normal çalışma koşullarında seri açma rölelerinin normalde kapalı (NC) kontakları üzerinden kısa devre edilerek devreden çıkarılır. Arıza durumunda, röle kontaklarının açılmasıyla açma bobini enerjilenir ve devre kesicinin (CB) açılmasını tetikler.
Devre Şekil 2'de gösterilmiştir.
2.2.2| Toplam Akım Trafosu Değerinin Kullanılması
Bu şema, röle tabanlı şemaya benzer bir prensiple çalışmakla birlikte, üç fazlı akım bilgisini tek bir değerde birleştirmek amacıyla bir toplam akım trafosu (CT) kullanır. Bu sayede, üç ayrı seri açma bobini ihtiyacı ortadan kaldırılarak tek bir açma bobini ile sistemin açılması sağlanır.
Toplama akım transformatörleri (CT'ler), üç fazlı yüksek gerilim (HT) akım transformatörlerinin sekonder akım çıkışlarını vektörel olarak toplayarak, orantılı tek fazlı bir çıkış sinyali sağlayan düşük gerilim (LT) akım transformatörleridir.
Seri açma bobini, toplam akım transformatörünün (CT) çıkışına bağlanır ve normal işletme koşullarında röle normalde kapalı (NC) kontakları aracılığıyla kısa devre edilerek devreden çıkarılır. Şematik diyagram Şekil 3'te sunulmuştur.
2.2.3| Motor Koruma Devre Kesicisini (MPCB) Kullanma
Motor Koruma Devre Kesicileri (MPCB'ler), termik ve elektromanyetik açma karakteristiklerine sahip manuel motor yol vericileridir. Normal çalışma koşullarında, açma bobini MPCB üzerinden kısa devre edilerek devreden çıkarılır. Arıza durumunda, MPCB'nin açma mekanizması devreye girer, arıza akımını bobinden geçirerek devre kesicinin açılmasını tetikler.
Bu işlem aşağıdaki Şekil 4'te gösterilmiştir.
2.2.4| Zaman Kısıtlamalı Sigortaları Kullanma
Bu şema, Motor Koruma Devre Kesicisi (MPCB) tabanlı şemaya benzer bir çalışma prensibine sahiptir. Ancak, bu konfigürasyonda, MPCB'lerin yerine, belirli zaman-akım karakteristiklerine sahip sigortalar, seri açma bobini ile paralel olarak bağlanmıştır. Bu sigortalar, aşırı akım veya kısa devre durumlarında, önceden belirlenmiş bir zaman gecikmesiyle eriyerek açma bobininin enerjilenmesini ve devre kesicinin açılmasını tetikler.
Doğru akım (DC) güç kaynağının bulunmadığı, DC güç kaynağı için akü/akü şarj cihazı tedarikinin ekonomik olarak uygun olmadığı veya istasyonların insansız işletildiği ve akü bakımının garanti edilemediği tesislerde, devre kesicinin (CB) açma bobinine (trip bobini) açma enerjisi sağlamak amacıyla kapasitör bankaları kullanan bir devre topolojisi uygulanır. Bu topoloji, kapasitörlerin şarj edilmesi ve arıza durumunda açma bobinine deşarj edilmesi prensibine dayanır.
Bu devre topolojisi, doğru akım (DC) çıkışı elde etmek amacıyla diyot tabanlı üç fazlı tam dalga köprü doğrultucu ve enerjiyi depolamak üzere kapasitif bir devre elemanı kullanır. Diyot doğrultucu köprüsü, yüksek gerilim (HT) potansiyel transformatörünün (PT) sekonder sargılarından güç alır. Bu yapılandırma, alternatif akım (AC) giriş sinyalini DC çıkış sinyaline dönüştürerek kapasitörlerde enerji depolamayı ve bu enerjiyi açma bobinine sağlamayı hedefler.
Normal işletme koşullarında, arıza durumlarında devre kesicinin (CB) açma işlemi, diyot tabanlı köprü doğrultucu devresinden sağlanan doğru akım (DC) güç kaynağı üzerinden gerçekleştirilir. Yüksek gerilim (HT) potansiyel transformatörü (PT) beslemesinde meydana gelen anormal arıza koşullarında ise, açma enerjisi, önceden şarj edilmiş kapasitör bankalarında depolanan enerjiden temin edilir. Kapasitör bankaları, tipik olarak iki açma ve bir kapama operasyonu için yeterli enerji depolayacak şekilde boyutlandırılır.
Şema Şekil 5'te gösterilmiştir.
Açma devresi, röle muhafazasının fiziksel sınırlarını aşarak, sigortalar, bağlantı terminalleri, röle kontakları, yardımcı anahtar kontakları gibi çok sayıda bileşeni ve bazı uygulamalarda ara bağlantı kartları içeren önemli bir devre kesici kablolama ağını kapsar. Bu karmaşık yapı, devrenin kritik önemiyle birleştiğinde, düzenli ve titiz bir denetim ihtiyacını zorunlu kılar.
En basit düzenleme, Şekil 6'da gösterildiği gibi sağlıklı bir gezi lambasını içerir.
Seri bağlı direnç, lambanın iç kısa devre arızası durumunda oluşabilecek aşırı akımın, devre kesicinin istenmeyen şekilde açmasını önlemek amacıyla tasarlanmıştır. Bu yapılandırma, devre kesici kapalı konumdayken, lamba devresinin düşük akımla test edilerek denetlenmesine olanak tanır.
Şekil 7'de gösterilen devre şeması, devre kesicinin (CB) hem açık hem de kapalı pozisyonlarında denetim yapılabilmesi için, normalde kapalı (NC) bir yardımcı anahtar (auxiliary switch) ve bir direnç ünitesinin entegrasyonunu içermektedir. Bu yapılandırma, devre kesicinin durumundan bağımsız olarak, lamba devresinin sürekli olarak izlenmesine ve denetlenmesine olanak tanır.
Her iki denetim senaryosunda da, lamba devresine seri olarak normalde açık (NO) bir basmalı düğme kontağının entegrasyonu, denetim göstergesinin yalnızca kullanıcı tarafından başlatıldığında aktif hale gelmesini sağlar. Bu yapılandırma, sürekli bir denetim yerine, periyodik veya gerektiğinde denetim yapılmasına imkan tanır, böylece enerji tüketimi ve lamba ömrü optimize edilir.
TCS (Trip Circuit Supervision) tipi denetim rölesi, devre kesici (CB) açma devresinin sürekli olarak izlenmesi ve arıza durumlarının tespiti için tasarlanmış bir koruma ve denetim cihazıdır. Bu röle, yardımcı güç kaynağı kaybı, açma bobini arızaları, kablo kopuklukları veya kısa devreler gibi devre kesicinin açma işlevini etkileyebilecek anormallikleri, devre kesicinin pozisyonundan bağımsız olarak algılar ve alarm sinyali üretir.
Devre sürekliliğini görsel olarak izlemek amacıyla lamba tabanlı gösterge sistemleri, yerel kontrol gerektiren ve operatörün fiziksel olarak devreyi gözlemleyebildiği kurulumlar için uygundur. Ancak, kontrol işlemlerinin uzak bir konumdan gerçekleştirildiği senaryolarda, lamba göstergelerinin yerine röle tabanlı bir kontrol sistemi kullanılması gerekmektedir. Röle sistemleri, uzaktan sinyallerin algılanması, işlenmesi ve kontrol eylemlerinin gerçekleştirilmesi için daha güvenilir ve verimli bir çözüm sunar.
Şekil 8, uzaktan bir sinyalin gerekli olduğu her yerde uygulanabilen böyle bir şemayı göstermektedir.
Plan Çalışma Prensibi
Normal işletme koşullarında, devre kesicinin (CB) kapalı pozisyonunda olduğu durumda, A ve C röleleri enerjilenmiş durumda bulunur. Açma devresinde (trip devresi) bir açılma veya güç kaynağı kesintisi meydana gelmesi halinde, A rölesinin A1 kontağı aracılığıyla C rölesinin enerjisi kesilir. Devre kesicinin açık pozisyonunda olduğu durumda ise, B rölesi devre kesicinin normalde kapalı (NC) yardımcı anahtarı üzerinden enerjilenir ve C rölesi, B rölesinin B1 kontağı tarafından tutulur.
Röle B, devre kesici açıkken devre kesici anormalliklerini, devre kesici kapalıyken röle A'ya benzer şekilde algılayacaktır.
Röle C, diğer devrelerde meydana gelen gerilim düşüşleri veya normal bir açma işlemi sırasında A rölesinin kendiliğinden sıfırlayan açma rölesi kontağı tarafından anlık olarak kısa devre edilmesi gibi durumlarda yanlış alarmı önlemek amacıyla, bir direnç-kapasitör (RC) devresi üzerinden 350 ila 800 milisaniye arasında ayarlanabilir bir düşme zaman gecikmesine tabi tutulmuştur. Eğer açma rölesi, muhtemelen devre kesici (CB) açma mekanizmasındaki bir arıza nedeniyle yeniden konumlandırılamazsa, alarm başlatılır.
Alarm sisteminin güç kaynağı, açma devresi (trip devresi) güç kaynağından elektriksel olarak izole edilmelidir. Bu ayrım, açma devresi güç kaynağını besleyen akü veya akü şarj cihazında meydana gelebilecek bir arıza durumunda, alarm sisteminin çalışmaya devam etmesini ve arızanın tespit edilmesini sağlamak amacıyla gerçekleştirilir.
Bir enerji sistemi koruma düzeninde, devre kesicinin (CB) açma (trip) mekanizmasının güvenilir bir şekilde tetiklenmesi kritik öneme sahiptir. Açma devresinde (trip devresi) meydana gelebilecek herhangi bir kesinti veya arıza, olası bir şebeke arızasının (kısa devre, aşırı akım vb.) devre kesici tarafından kesilmesini engeller. Bu durumda, arızanın temizlenmesi, güç sistemindeki başka bir yukarı akış koruma cihazı (örneğin, başka bir devre kesici veya koruma rölesi) tarafından gerçekleştirilmek zorunda kalır.
Dağıtım şebekelerinde, devre kesicilerin (CB) açma mekanizmasını harekete geçiren tek bir açma bobininin kullanıldığı ve devre kesicinin açma işlevinin enerji sisteminin güvenliği ve sürekliliği açısından kritik veya önemli olduğu durumlarda, açma devresinin denetim fonksiyonu özellikle hayati bir öneme sahip hale gelir. Bu senaryolarda, açma devresinin sürekli olarak izlenmesi ve olası arızaların erken tespit edilmesi, enerji sisteminin güvenilirliği ve sürekliliği için zorunludur.
TCS (Trip Circuit Supervision) tipi denetim rölesi, devre kesici (CB) açma devresinin (trip devresi) sürekli olarak izlenmesi ve arıza durumlarının tespiti amacıyla tasarlanmış bir koruma ve denetim cihazıdır. Bu röle, devre kesicinin konumundan bağımsız olarak, yardımcı güç kaynağı kesintisi, açma bobini arızaları veya kablo bağlantılarındaki kopukluk/kısa devre gibi açma devresinin işlevselliğini etkileyebilecek anormallikleri algılar ve alarm sinyali üretir.
"Bu video içeriği, elektrik güç sistemlerinde kullanılan açma devrelerinin (trip devreleri) operasyonel prensiplerini, özellikle 2070 ve 980 serisi koruma rölelerinin izleme fonksiyonlarına odaklanarak detaylı bir şekilde incelemektedir. Video, bu rölelerin, devre kesicinin (CB) açma bobininin (trip bobini) hem açık (açık) hem de kapalı (kapalı) pozisyonlarındaki durumunu sürekli olarak izleyerek sistem güvenliğini nasıl sağladığını açıklamaktadır. Açma devrelerinde bulunan kapsamlı güvenlik mekanizmalarını vurgulamak amacıyla, arıza emniyet prensibi, açık devre tespiti ve anonsör devrelerindeki zaman gecikmesi gibi temel operasyonel parametrelerin işlevselliği detaylı olarak ele alınmaktadır." by ChatGPT
Referanslar:
Handbook of Switchgears by BHEL
Trip Circuit Supervision Relay TCS Product Guide by ABB
Comments