Röle Koruma Uygulamalarında Akım Trafolarının 4 Özel Bağlantısı
- Hüseyin GÜZEL
- 3 days ago
- 6 min read
Akım Trafoları (CTs), temel olarak ölçme ve röle koruma uygulamalarında kritik bir rol üstlenir. Ölçme amaçlı kullanılan CT'lerin normal işletme koşullarındaki performansı büyük önem taşırken, arıza durumlarında, akımın nominal değerinin birkaç katına ulaşabildiği kısa süreli periyotlarda önemli doğruluk kayıpları sergileyebilirler.
Arıza durumlarında ölçme fonksiyonlarının gerekliliği ortadan kalktığından, bu durumdaki doğruluk kayıpları genellikle kritik bir sorun teşkil etmez.
Buna karşın, röleleme amaçlı kullanılan akım trafoları (CTs), arıza koşullarında minimum hata ile çalışacak şekilde tasarlanır. Ancak, rölenin aktif olmadığı normal sürekli rejimde, ölçme CT'lerine kıyasla doğrulukları daha düşük olabilir. Bu farklılığa rağmen, tüm CT tiplerinin (ölçme veya röleleme) performansı aynı eşdeğer devre modeli üzerinden analiz edilebilir.
Farklı CT tiplerinin performans karakteristiklerindeki çeşitlilik, eşdeğer devre parametrelerinin farklı değerlerinden kaynaklanır. Ayrıca belirtmek gerekir ki, CT'lerin yük akımını taşıdığı normal işletme sırasındaki performansları, röleleme gereksinimleri açısından bir sınırlama oluşturmaz.
Koruyucu rölelerin performansı, yalnızca normal yük akımları altında değil, aynı zamanda beklenen tüm arıza akımı seviyelerinde de akım transformatörlerinin (AT'ler) doğruluk karakteristiklerine kritik ölçüde bağımlıdır.
Akım trafolarının (CTs) doğruluğu, sekonder taraftaki akım dalga şeklinin primer taraftaki akım dalga şekline olan benzerliği ile görsel olarak temsil edilebilir. Doğruluk sınıflandırması, temel olarak bu dalga şekli sadakati ve faz açısı hatası olmak üzere iki ana bileşeni içerir.
Yüksek aşırı akım koşullarında, CT'nin doğruluk performansı öncelikli olarak manyetik çekirdeğin kesit alanı ve sekonder sargısındaki sarım sayısı tarafından belirlenir. Çekirdek kesit alanının büyüklüğü, doygunluğa ulaşılmadan önce taşınabilecek maksimum manyetik akı seviyesini doğrudan etkiler. Manyetik doygunluk durumu, CT'nin dönüşüm doğruluğunda ani ve belirgin bir azalmaya yol açar.
Sekonder sargıdaki sarım sayısının artırılması, aynı sekonder akım değerini elde etmek için manyetik çekirdekte daha düşük bir manyetik akı yoğunluğu gerektireceği anlamına gelir. Bu durum, akım transformatörünün (CT) doğruluk performansında belirgin bir bozulma olmadan işleyebileceği maksimum yükü (burden) doğrudan etkiler.
Elbette, koruma uygulamalarında kullanılan akım trafolarının (CTs) dört yaygın standart dışı bağlantı konfigürasyonunu inceleyelim:
1. Yardımcı Akım Trafoları (Auxiliary Current Transformers - AUX CTs)
Yardımcı akım transformatörleri, primer devredeki akımı doğrudan ölçmek yerine, mevcut bir akım transformatörünün (ana CT) sekonder akımını kullanarak farklı akım oranları veya faz açıları elde etmek amacıyla kullanılan özel amaçlı transformatörlerdir. Genellikle, rölelerin farklı akım gereksinimlerine uyum sağlamak, izolasyon seviyelerini artırmak veya karmaşık koruma şemalarında akımları toplamak veya farklarını almak gibi işlevler için kullanılırlar. Yardımcı Akım Trafoları (AUX CT'ler), ana CT'nin sekonder devresine seri veya paralel bağlanabilirler ve birden fazla sekonder sargıya sahip olabilirler.
Yardımcı akım trafoları (AUX CT'ler), birçok röle uygulamasında ana akım transformatörünün (ana CT) sekonder devresi ile diğer kontrol veya ölçüm devreleri arasında elektriksel yalıtım (galvanik ayırma) sağlamak amacıyla yaygın olarak kullanılırlar. Ek olarak, sistemdeki genel akım dönüşüm oranında ince ayar yapma imkanı sunarak, rölelerin hassasiyet ve çalışma aralıklarının optimize edilmesine olanak tanırlar.
Akım transformatörü (AT) oranları genellikle standart değerlere sahiptir. Standart dışı bir dönüşüm oranına ihtiyaç duyulduğu durumlarda, yardımcı bir AT (AUX CT) kullanmak, istenen oranın elde edilmesi için pratik bir çözüm sunar. Ancak, bu yardımcı transformatörün eklenmesi, genel dönüşüm hatasına bir miktar katkıda bulunabileceği unutulmamalıdır.
Özellikle yardımcı akım trafosunun (AUX CT) yüksek akımlarda doygunluğa ulaşma potansiyeli dikkatle değerlendirilmelidir. Farklı dönüşüm oranları elde etmek için birden fazla musluğa sahip AUX CT'ler de bulunmaktadır, bu da uygulamalara esneklik sağlar. Bir AUX CT'nin sekonder sargısına bağlanan empedans (yük), standart transformatör dönüşüm prensiplerine uygun olarak ana akım transformatörünün (ana CT) sekonder devresine yansıtılır:
Zprimer′ = {(Nsekonder/Nprimer)^2]xZsekonder
Burada:
Zprimer′: Yansıyan primer empedansı
Nprimer: AUX CT'nin primer sarım sayısı
Nsekonder: AUX CT'nin sekonder sarım sayısı
Zsekonder: AUX CT'nin sekonderine bağlı yük empedansı
Bu yansıtılan empedans, ana CT'nin toplam sekonder yükünü etkileyerek performansını dolaylı olarak değiştirebilir. Bu nedenle, AUX CT seçimi ve sekonderine bağlanan yükün özellikleri, sistemin genel doğruluğu ve kararlılığı açısından önemlidir.
Eğer yardımcı akım trafosunun (AUX CT) dönüşüm oranı 1:n ve sekonderine bağlı yükün empedansı Zl ise, bu yük ana akım transformatörünün (ana CT) sekonder devresine n2Zl olarak yansıtılır.
Örnek
Şekil 1'de gösterilen CT bağlantısını ele alalım. CT1'in dönüş oranı 1200:5 iken CT2'nin dönüş oranı 1000:5'tir. Birincil akım gösterildiği gibi iki hattan geçtiğinde yükteki akımın sıfır olması istenir. Birincil akımın 600 A olduğunu varsayın.
CT1'in sekonder sargısındaki akım 2,5 A, CT2'nin sekonder sargısındaki akım ise 3 A'dır. CT1'in sekonder devresine 3:2,5 veya 1,2:1 sarım oranına sahip bir yardımcı CT yerleştirildiğinde yardımcı CT sekonderindeki akım 3 A olur.
Polarite işaretleri gösterildiği gibi olduğunda, yük akımı sıfırdır.
CT2 üzerindeki yük Zb iken, CT1 üzerindeki yük Zb × (1.2)2 = 1.44 Zb'dir. Yardımcı CT üzerindeki yük elbette Zb'dir.
Bu tür akım trafosu (CT) bağlantıları, çeşitli koruma uygulamalarında sıklıkla kullanılır. Yardımcı CT'nin doygunluğa ulaşmadığı ideal durumda, primer devredeki toplam akım iki ana CT'nin primer sargılarından kesintisiz bir şekilde aktığı sürece, yük üzerindeki net akım sıfır olarak kalır. Ancak, primer akımın bir bölümünün iki CT arasındaki bir arıza noktasına yönlendirilmesi durumunda, yük akımı doğrudan arıza akımının büyüklüğüyle orantılı hale gelir. Bu özellik, diferansiyel koruma prensiplerinin temelini oluşturur ve iç arızaların hassas bir şekilde tespit edilmesine olanak tanır."
2. Y ve Delta Bağlantıları (Wye and Delta Connections)
Üç fazlı sistemlerde, akım trafolarının (AT) sekonder devrelerinin yıldız veya delta bağlantılarıyla konfigüre edilmesi, CT'lerden elde edilen sekonder akımları ile bu CT'lere bağlı rölelerin gereksinim duyduğu akımlar arasında istenen faz kaymalarını ve büyüklük değişikliklerini sağlamak için yaygın bir uygulamadır.
Şekil 2(a)'da gösterilen yıldız (Y) bağlantısı, faz yükleri (Z_f) üzerindeki faz akımlarıyla doğru orantılı sekonder akımlar üretir. Aynı zamanda, nötr yük (Z_n) üzerinde ise şebekenin sıfır bileşen akımı olan (3I0) ile orantılı bir akım meydana getirir. Bu özel yıldız bağlantı konfigürasyonu, akımlarda herhangi bir faz kaymasına neden olmaz.
Şekil 2(b)'de gösterilen delta bağlantısı, üç yük Zf'de (I'a − I'b), (I'b − I'c) ve (I'c − I'a) ile orantılı akımlar üretir.
Dengelenmiş birincil akım koşulunda, fazör farkı ((I'_a - I'_b)) matematiksel olarak (\sqrt{3}|I'_a| \exp(j\pi/6)) şeklinde ifade edilir. Bu durum, birincil akımlar ile (Z_f) yüklerine sağlanan akımlar arasında tam olarak 30 derecelik ((\pi/6) radyan) bir faz kaymasının oluştuğu anlamına gelir.
Delta sargılarının bağlantı yönünün ters çevrilmesiyle, +30°'lik faz kaymasının tam tersi olan −30°'lik bir faz kayması elde etmek mümkündür. Ayrıca, delta bağlantısı doğal olarak (\sqrt{3}) faktöründe bir akım büyüklüğü değişimi de ortaya çıkarır. İlerleyen aşamalarda, farklı röle uygulama senaryolarını değerlendirirken bu bağlantı konfigürasyonlarının pratik kullanımlarını detaylı bir şekilde ele alacağız.
Delta Bağlantılı CTs (VİDEO #1)
Delta Bağlantılı CTs (VIDEO #2)
Wye Bağlantılı CTs (VİDEO)
3. Sıfır Sıra Akım Şöntleri (Zero Sequence Current Shunts)
Şekil 2(a)'da gösterilen CT sekonderlerinin yıldız bağlantısını hatırlayın. Her faz yükü Zf, pozitif, negatif ve sıfır dizi bileşenlerini içeren faz akımlarını taşır.
Bazı uygulamalarda, sıfır dizi akımının belirli yükleri atlaması arzu edilebilir. Bu amaç, sıfır dizi akımı için alternatif bir akış yolu sunan yardımcı akım trafolarının (CT) devreye dahil edilmesiyle sağlanır. Bu konfigürasyon, Şekil 3'te detaylı olarak gösterilmektedir.
Ana CT sekonderlerinin nötrü yük nötrüne bağlı değildir. Bunun yerine, bir yardımcı CT setinin primerleri yıldız ve sekonderleri delta olarak bağlanmıştır.
Yardımcı CT'lerin nötrü, nötr yük Zn aracılığıyla ana sekonderlerin nötrüne bağlanır. Yardımcı AT'lerin sekonder sargıları sıfır dizi akımı için bir dolaşım yolu sağlar ve artık faz empedans yükleri Zf'de akmaz.
4. Akı Toplayan CT (Flux-summing CT)
Şekil 2(a)'da gösterildiği gibi üç CT'nin sekonderlerini bağlamak yerine tek bir CT kullanarak sıfır dizi akımını elde etmek mümkündür. Şekil 4(a)'da gösterildiği gibi, üç fazlı iletkenler toroidal bir CT'nin penceresinden geçirilirse, sekonder akım (Ia + Ib + Ic) = 3I0 ile orantılıdır.
Bu düzenleme üç fazlı akımlar tarafından üretilen akıyı etkili bir şekilde topladığından, <strong>CT sekonderi gerçek sıfır dizi akımını içerir.
Şekil 2(a)'daki gibi üç CT'nin bağlanması durumunda, üç CT arasındaki herhangi bir uyumsuzluk sıfır dizi akım ölçümünde bir hataya neden olacaktır.
Şekil 2(a)'daki gibi üç CT'nin bağlanması durumunda, üç CT arasındaki herhangi bir uyumsuzluk sıfır dizi akım ölçümünde bir hataya neden olacaktır.
Ancak, böyle bir CT uygulamasının yalnızca üç fazlı iletkenlerin CT çekirdeğinden birbirine yakın bir mesafede geçirilebildiği düşük voltajlı devrelerde mümkün olduğu kabul edilmelidir.
Üç fazlı iletkenlerin metal bir kılıf içinde yer aldığı ve bu kılıfın sıfır dizi akımının bir bölümünü veya tamamını taşıyabildiği durumlarda, bu etkinin telafi edilmesi gereklidir. Bu telafi işlemi, Şekil 4(b)'de gösterildiği gibi, kılıfın topraklama bağlantısının bir akım trafosunun (CT) çekirdeğinden geçirilmesiyle sağlanır.
Kılıf akımı tarafından üretilen amper dönüşleri artık dönüş iletkeni tarafından üretilen amper dönüşleri tarafından iptal edilir ve çekirdeği bağlayan net akı üç faz akımının toplamı tarafından üretilir. Bu toplam 3I0 olduğundan, yük bir kez daha sıfır dizi akımı tarafından sağlanır.
Kaynak: Power System Relaying by Stanley H. Horowitz and Arun G. Phadke
Bình luận