OG Tesislerinde Malzeme Seçimi

Bu yazı orta gerilim tesisleri için malzeme siparişlerinde dikkat edilmesi gereken hususlar konusunda bir kılavuz niteliğindedir. Yazının kapsamına yalnızca akım ve gerilim trafoları, kesiciler, ayırıcılar ve parafudrlar alınmıştır ancak trafo seçimi, metal clad/metal enclosed hücre seçimi ya da röleler konusuna değinilmemiştir.

Orta gerilim malzemelerin seçiminde tesisin konumu, özellikle harici malzemeler için coğrafi ve iklim koşulları gibi koşulların belirtilmesi önemlidir. Yükselti(1000m sınırı), ortam sıcaklığı, rüzgar basıncı, en yüksek güneş ışınımı, buzlanma, ortam hava kirliliği, yer sarsıntısı… gibi faktörler sipariş özelliklerini değiştirebilir. Harici malzeme kullanımlarında krepaj mesafesi(yüzeysel kaçak yolu uzunluğu) bildirilmelidir.

Kullanılan sistem için nominal akım (In),  işletme gerilim seviyesi (Un)  ve kısa süreli termik anma akımı(Ith) (Aksi belirtilmedikçe dinamik akım (Idyn) yani kısa devre akımının ilk tepe değeri Idyn=2,5Ith alınır) gibi sistemin elektriksel özelliklerini tanımlayan değerler bütün malzemeler için kesinlikle bildirilmesi gereken değerlerdir. Ayrıca kullanılan sistem topraklaması da birçok malzemenin seçiminde önem taşır. Kullanılacak malzemelerin gerilim seviyeleri standart dayanım gerilimlerinin belirlenmesi açısından önemlidir. Bazı durumlarda aşağıda verilmiş standart izolasyon gerilimlerinden farklı değerler kullanılabilir aksi belirtilmedikçe belirtilen gerilim seviyeleri için şu değerler kullanılır.  Farklı bir talebiniz varsa sipariş sırasında belirtilmelidir.

Anma Gerilimi (kV-efektif)	1 Dakika Süreli Şebeke Frekanslı Anma Dayanım Gerilimi (kV-efektif)	Yıldırım Darbe Dayanım Gerilimi (kV-tepe)
3,6	10	40
7,2	20	60
12	28	75
17,5	38	95
24	50	125
36	70	170

Tablo 1- Bazı anma gerilimleri için izolasyon seviyeleri

AKIM ve GERİLİM TRAFOLARI:

Akım trafoları:

İlgili standart:IEC-60044-1 (IEC-61869-1/2)

Yukarıda belirtilen ortak sistem bilgilerine ek olarak sipariş aşamasında şunlar bildirilmelidir:

a)      Tipi:Dahili, harici, geçit, bara, yağlı, kuru, vs.

b)      Çevirme oranı: I1/I2(I1,2primer(1) ve sekonder(2)akımları) bağıntısı ile belirlenen bu oran belirtilirken genellikle primer ve sekonder akımları anma değerleri üzerinden belirtilir. (100/1, 100/5, 400/1…vs gibi)

Standart primer akım değerleri tek oranlı akım trafoları için 10-12,5-15-20-25-30-40-50-60-75 ve bunların onlu katları ya da ondalıkları olarak belirtilmiştir. Sekonder anma akımı olarak genellikle standartta belirtilen değerlerse 1-2- 5’tir.

c)       Sekonder sayısı: Bir akım trafosunun birden fazla sekonderi olabilir bu genellikle çevirme oranı ile birlikte gösterilir.(100/5-5(iki sekonderli), 400/1-1-5(üç sekonderli)…vs gibi)

d)      Nüve tipi, sınıf, doğruluk katsayısı ve güç

i)                    Ölçü nüveleri:

(0,5Fs5 10VA, 0,2Fs5 5VA, 1Fs5 15VA…. vs şeklinde gösterilir ilk sayı doğruluk sınıfını, ikinci sayı doyma katsayısını son sayı ise gücü gösterir)

Normal işletme koşullarında nominal akımın %5-120 aralığında doğruluk sınıfının gerektirdiği %0,2, %0,5 veya %1 doğruluklarla ölçüm yapmak amacıyla kullanılan nüvelerdir.

Doğruluk Sınıfı	Anma Akımı Yüzdesi				Anma Akımı Yüzdesi
	5	20	100	120	5	20	100	120
	Oran Hatası (%)				Faz açısı hatası (dakika)
0,1	0,4	0,2	0,1	0,1	15	8	5	5
0,2	0,75	0,35	0,2	0,2	30	15	10	10
0,5	1,5	0,75	0,5	0,5	90	45	30	30
1	3	1,5	1	1	180	90	60	60

Tablo2-0,1, 0,2, 0,5 ve 1 sınıfı ölçü nüveleri için oran ve faz açısı hataları

Şekil 1- 0,5 sınıfı bir ölçü nüvesi için oran ve faz açısı hatalarının değişimi

IEC 60044-1’de ayrıca 0,2s, 0,5s, 3 ve 5 sınıfı ölçü nüveleri tanımlanmış ve belirli anma akımı yüzdeleri için bu sınıflar için standart  hata oranları belirlenmiştir.

Arıza koşullarında ortaya çıkan aşırı akımların cihazlara zarar vermesini önlemek üzere anma akımının 5 ya da 10 (Emniyet/Doyma katsayısı:Fs) katında doyacak şekilde tasarlanırlar. Yani sekonder akımı nominal akımın Fs katını aşamaz bu maksimum değerdir ve sadece anma yükleri (nüvenin VA cinsinden verilen gücü) için geçerlidir.

Trafo sekonderine anma yükünden daha küçük yükler bağlanmışsa doyma katsayısı Fs daha büyük bir n değerine yükselir:

                 

Sn :Anma yükü, VA

S : Gerçek yük, VA(Nüveye bağlanacak cihazların gücü ve bağlantı için kullanılacak kabloda harcanacak gücün toplamı cinsinden belirlenir)

Isn : Sekonder anma akımı

RCT : 75⁰C’deki sargı iç direnci, ohm

Bir ölçü nüvesinin doğruluk sınıf değeri, anma yükü aşılmışsa geçerli değildir. IEC-60044-1’e göre akım trafolarının doğruluk sınıfları anma yükünün %25-100 değerleri arasında bütün yükler için sağlanmalıdır.

ii)                  Koruma nüveleri:

(5P5 15VA, 10P10 30VA…. vs şeklinde gösterilir ilk sayı doğruluk sınıfını, ikinci sayı doyma katsayısını son sayı ise gücü gösterir)

Doğruluk Sınıfı	Anma Akımındaki Oran Hatası (%)	Anma Akımındaki Faz açısı hatası (dakika)
5P	±1	±60
10P	±3	-

Tablo2-5P ve 10P sınıfı koruma nüveleri için oran ve faz açısı hataları

IEC 60044-1’de tanımlanan PR ve PX koruma sınıfı tanımlarına ve geçici kısa devre koşullarında trafonun davranışıyla ilgili IEC 60044-6’da tanımlanmış olan TPS, TPX, TPY ve TPZ koruma sınıfı açıklamalarına daha seyrek kullanıldıkları için bu yazıda girilmemiştir.

Doğruluk sınır katsayısı(DSK) veya kısaca doyma katsayısı koruma nüvesi anma yükünde çalışırken nüvenin doğruluk sınıfını sağlayabileceği aşırı akım değerini belirler. Standart değerleri 5-10-15-20-30’dur.

Ölçü nüvelerinde olduğu gibi sekondere bağlanan yük anma yükünün altına düşerse doyma katsayısı artacaktır:

                   

Sn :Anma yükü, VA

S : Gerçek yük, VA(Nüveye bağlanacak cihazların gücü ve bağlantı için kullanılacak kabloda harcanacak gücün toplamı cinsinden belirlenir)

Isn : Sekonder anma akımı

 RCT: 75⁰C’deki sargı iç direnci, ohm

Anma yükünün standart değerleri IEC 60044-1’de 2,5-5-10-15-30VA olarak belirlenmişse de gerekli uygulamalarda 30VA üzeri değerlerin de kullanılabileceği bildirilmiştir.

İki sekonderli dahili bir akım trafosuna ait etiket:

Bu etiketten gerilim ve izolasyon seviyesini:      12/28/75kV

Çevirme oranını ve kaç sekonderli olduğunu:    1500/5-5A

Sekonderler için:

Sınıflarını, doyma katsayısını ve güçlerini:            0,5Fs5 15VA (Ölçü)

                                                                                            5P10 15VA (Koruma)

Kısa devre dayanımını :  40kA/1s

Çalışma frekansı:            50Hz

Bu etiketten öğrenebildiğimiz yukarıda sıralanmış bilgiler temel olarak bir akım trafosunun siparişi için yeterlidir. Ancak standart değerlerin dışında taleplerimiz ya da boyut kısıtlarımız varsa bunların bildirilmesi ayrıca firmadan gelen onay dokümanları ile teknik resimlerin ihtiyaçlarımız doğrultusunda incelenmesi ihmal edilmemelidir.

Gerilim trafoları:

İlgili standart: IEC-60044-2 (IEC-61869-1/3)

Yukarıda belirtilen ortak sistem bilgilerine ek olarak sipariş aşamasında şunlar bildirilmelidir:

a)      Tipi:Dahili, harici, yağlı, kuru, vs.

b)      Devreye bağlama şekli: Faz nötr veya fazlar arası

c)       Çevirme oranı: V1/V2 (V1,2 primer(1) ve sekonder(2)gerilimleri) bağıntısı ile belirlenen bu oran belirtilirken genellikle primer ve sekonder gerilimlerinin anma değerleri üzerinden belirtilir.(34500:√3/100:√3, 34500:√3/100:3, 34500 / 100 …vs gibi)

d)      Sekonder sayısı: Bir akım trafosunun birden fazla sekonderi olabilir bu genellikle çevirme oranı ile birlikte gösterilir.(34500:√3/100:√3/100:3 (iki sekonderli) gibi)

e)      Devre tipi, sınıf ve güç: Akım trafolarında her sekonder devrenin kendi nüvesi varken gerilim trafolarında sargılar aynı nüve üzerindedir dolayısıyla sekonder devreler birbirinden bağımsız değildir. Ancak, akım trafolarında olduğu gibi ölçme ve koruma amaçlı devrelerin doğruluk sınıfları birbirinden farklıdır.

i)                    Ölçü devreleri: IEC-6004-2’de gerilim trafolarının anma yükünün %25-100 aralığında ve primer anma gerilimin %80-120’si için sağlaması gereken hata limitleri belirtilmiştir.

Doğruluk Sınıfı	Oran Hatası (%)	Faz açısı hatası (dakika)
0,5	±0,5	±20
1,0	±1	±40
3,0	±3	-

Tablo3-0,5, 1 ve 3 sınıfı ölçü devreleri için oran ve faz açısı hataları

Şekil 2- 0,5 sınıfı bir ölçü devresi için oran ve faz açısı hatalarının değişimi

i)                    Koruma devreleri: Doğruluk sınıfları 3P ve 6P olarak tanımlanır. Anma yükünün %25-100 aralığında primer anma geriliminin%5’i ile VF*Un değerlerinde sınır değerleri IEC-60044-2’de belirtilmiştir.

Doğruluk Sınıfı	Anma Akımındaki Oran Hatası (%)	Anma Akımındaki Faz açısı hatası (dakika)
3P	±3	±120
6P	±6	±240

Tablo4-3P ve 6P sınıfı koruma devreleri için oran ve faz açısı hataları

               

        Birden fazla sekonder devre varsa bu devreler aynı nüve üzerinde olduğundan güç belirlenirken devrelerin sürekli yüklü ya da yalnızca arıza anında yüklü olma durumları dikkate alınmalıdır.

f)      Gerilim faktörü(VF): IEC-61869-3’e göre gerilim faktörü:

·         Nötr noktası topraklı sistemlerde VF=1,5

·         Nötr noktası topraklı olmayan sistemlerde VF=1,9 olarak tanımlanır.

Toprak arızalarına karşı otomatik korumalı sistemlerde trafo bu gerilimlere 30 saniye diğer durumlarda 8 saat dayanmalıdır. Bütün sistemlerde sürekli çalışma için VF=1,2 alınır.

Akım ve gerilim trafolarının bu özellikleri dışında kullanılan terminallerin tipi, boyutlar gibi konularda kısıtlar varsa sipariş aşamasında netleştirilmelidir.

İki sekonderli dahili faz nötr gerilim trafosuna ait bir etiket: 

Bu etiketten gerilim ve izolasyon seviyesini:      12/28/75kV

Çevirme oranını ve kaç sekonderli olduğunu:    10500:√3/100:√3-100:√3

Sekonderler için:

Sınıflarını ve güçlerini:   0,5Fs5 15VA (Ölçü)

                                              5P10 15VA (Koruma)

Gerilim faktörünü:         1.9 Un 8 saat

Çalışma frekansı:            50Hz

Bu etiketten öğrenebildiğimiz yukarıda sıralanmış bilgiler temel olarak bir gerilim trafosunun siparişi için yeterlidir. Ancak standart değerlerin dışında taleplerimiz ya da boyut kısıtlarımız varsa bunların bildirilmesi ayrıca firmadan gelen onay dokümanları ile teknik resimlerin ihtiyaçlarımız doğrultusunda incelenmesi ihmal edilmemelidir.

Akım ve gerilim trafoları(instrument transformers) ile ilgili IEC standartlarının üst başlığı 60044, 61869 olarak değiştirilmiştir. Bu değişiklikleri takiben gerilim trafoları ile ilgili TS 718 EN 60044-2 :2004 TSE standardı TS EN 61869-3:2011 olarak değiştirilmiş ve 08.03.2012 tarihinde kabul edilmiştir. Akım trafoları, kapasitif gerilim trafoları ve genel özelliklerle ilgili diğer değişiklikler de yapılmaya devam etmektedir.

KESİCİLER:

İlgili standart: IEC-62271-100 (Generatör kesicileri için ANSI C37.013)

Kesicilerin seçimi:

Yukarıda belirtilen ortak sistem bilgilerine ek olarak kesici seçimi için şunların belirlenmesi gerekir:

Kesme akımı(Breaking current): Kesici kontakları ayrıldığı anda kesiciden geçen zaman eksenine göre simetrik ya da asimetrik olabilen akımdır.

Anma kesme akımı: Kesicinin generatöre yakın ya da uzak kısa devre durumunda anma dönüş/toparlanma geriliminde(recovery voltage) kestiği en yüksek simetrik kesme akımıdır.

Dönüş (toparlanma) gerilimi: Akımın kesilmesinden sonra kesici uçlarında oluşan gerilimdir. Geçici toparlanma gerilimi için standart değerler oluşabilecek koşulları genellikle kapsar ancak istisnai de olsa sisteminizde farklı durumlar söz konusuysa dikkate alınmalıdır.

Kapama akımı(Making current): Kapama sırasındaki dinamik akımdır.

Anma kapama akımı: Kesicinin kapatabildiği en yüksek akımdır. IEC standartlarına göre bu değer yaklaşık olarak simetrik kesme akımının tepe değerinin 2,5 katı kabul edilirken ANSI’ye göre bu 2,7 kattır.

Kısa süre akımı: Kısa devre anma süresi için kesicinin kapalı kalabildiği akımın efektif değeridir.

Kısa devre anma süresi: Anma süresi standart olarak 1 saniyedir, daha yüksek bir değer gerekiyorsa 3 saniye seçilebilir.

Anma dinamik akım: Kesicinin sorunsuz çalışabildiği en yüksek dinamik akımdır.

Anma açma kapama periyodu/işlemler dizisi:

A: Açma, KA: Kapama Açma iken kesici işlemlerinin sıralaması için:

IEC’ye göre:                                                                                     ANSI’ye göre:

Yavaş: A-3dak.-KA-3dak.-KA                                                     KA-15s-KA

Hızlı1: A-0,3sn.-KA-3dak.-KA

Hızlı2: A-0,15sn.-KA-15sn.-KA

Teknik değerlerin belirlenmesi dışında boyutlar ile ilgili kısıtlamalar varsa sipariş aşamasında netleştirilmelidir.

                                               Generatöre uzak kısa devre

Generatöre yakın kısa devre

Ik'' : Başlangıç kısa devre akımı

Ip   :Darbe kısa devre akımı

Ik   :Sürekli kısa devre akımı

Bir OG kesicisine ait etiket:

Dahili bir OG kesiciye ait bu etiketten

Gerilim seviyesi ve çalışma frekansları: 12kV 50/60Hz

Anma akımı:      3150A

Kesme akımı :   40kA

Kısa devre anma süresi: 3s

İzolasyon seviyesi:          28/75kV

Anma işlemler dizisi: O-0,3s-CO-3min-CO (bkz. IEC’ye göre: Yavaş)

Bu etiketten öğrenebildiğimiz yukarıda sıralanmış bilgiler temel olarak bir kesicinin siparişi için yeterlidir. Ancak standart değerlerin dışında taleplerimiz ya da kısıtlarımız varsa bunların bildirilmesi ayrıca firmadan gelen onay dokümanları ile teknik resimlerin ihtiyaçlarımız doğrultusunda incelenmesi ihmal edilmemelidir.

               

AYIRICILAR:

Ayırıcı seçimi yapılırken temel olarak yukarıda belirtilmiş olan ortak işletme gerilimi, maksimum işletme gerilimi, izolasyon gerilimleri, nominal akım, kısa süreli dayanma akımı dışında fiziksel boyutla ve tiple ilgili kısıtların belirlenir.

PARAFUDRLAR:

İlgili standart: IEC 60099-4

Parafudrların çalışma prensibi gereği gerilimi koruduğu şebekedeki yalıtkanlığı en zayıf kısmın delinme gerilimini aşmaması gerektiğinden parafudr anma gerilimin belirlenmesinde sistemin doğrudan topraklı veya izole olması şartları değiştirir. Şöyle ki:

·         Direkt (efektif) topraklı sistemlerde: Umin.n = 1.1 x 0.8 x Un (kV)

·         İzole (yalıtılmış) sistemde: Umin.n = 1.1 x Un(kV)

Darbe boşalma akımı belirlenirken atmosferik koşullar dikkate alınır. Atmosferik boşalmaların yoğun olduğu bölgelerde yüksek darbe akımlı parafudrlar seçilmelidir.

Parafudrun kısa devre akımı seçilirken kendisine en yakın kesici ya da ayırıcının kısa devre akımı dikkate alınır eğer düşük seçilirse çevreye de hasar verecek şekilde zarar görebilir.

Kaynaklar:

1)      Orta Gerilim Tesislerinde Koruma ve Kontrol; K. Çalışkan, K. Yıldır, H. Pak, F. Kök;  TEK Eğitim dairesi Başkanlığı

2)      Orta gerilim Transformatör Merkezlerinin Tasarımı;TMMOB Elektrik Mühendisleri Odası

3)      IEC-6044-1

4)      IEC-60044-2

5)      IEC-61869-3

6)      IEC-62271-100

7)      IEC-60099-4

8)      Akım ve Gerilim Ölçü Transformatörleri, Uğur Ertan, Emek Elektrik/Barmek Holding A.Ş 


 (Bu yazıyı 2012'de EMO Denizli Şube'ye göndermişim yayınlandı mı yayınlanmadı mı, yayınlandıysa kimin yazısı olarak yayınlandı bilmiyorum
-ek not:Enerji Komisyonunun yazısı olarak yayınlanmış)