RÖLELER EES 455 - 01.11.2011

Röle Tipleri ve Karakteristikleri Rölelerin ana fonksiyonu; koruma bölgesindeki arızayı tespit etmektir. En yaygın kullanılan röle tipleri Aşırı akım Mesafe koruma Diferansiyel Bucholz Pilot EES 455 - 01.11.2011

Sabit zamanlı – Ters zamanlı Röleler Sabit zamanlı röleler Arıza akımının büyüklüğü, set edilen akım değerinden ne kadar büyük olursa olsun açma zamanı daima sabittir. Ters zamanlı röleler Arıza akımıyla açma zamanı ters orantılıdır. Çalışma eğrileri logaritmik bir fonksiyondur. EES 455 - 01.11.2011

Sabit zamanlı – Ters zamanlı Röleler Sabit zamanlı rölelerin handikabı; arıza yerinin kaynağa yaklaştıkça arıza temizlenme süresinin artmasıdır. Oysa ki, daha yüksek arıza akımları söz konusu olduğunda, bu sürenin daha kısa olması önem arz etmektedir. Ters zamanlı rölelerde ise; arıza akımı arttıkça arıza temizlenme süresi kısalmaktadır ki bu teçhizat koruması için tam da istenen durumdur. EES 455 - 01.11.2011

Aşırı akım röleleri Akımın büyüklüğü belirlenmiş değeri aştığında çalışır. Eğer arıza akımı |If|, rölenin çalışma (set) (pick-up) değeri |Ip| kabul edilirse; |If| > |Ip| ise röle çalışarak ilgili kesiciyi açtırır |If| < |Ip| ise röle çalışmaz Set değeri ayarlanabilir bir değerdir EES 455 - 01.11.2011

Aşırı akım rölesi Geleneksel olarak aşırı akım röleleri manyetik indüksiyon prensibine göre çalışırlar Günümüzde ise aynı prensip mikroişlemci tabanlı röleler ile sağlanır EES 455 - 01.11.2011

İndüksiyon (elektromekanik) röle EES 455 - 01.11.2011

Elektromekanik röleler Manyetik nüve ve alüminyum diskten oluşur Sargılarına uygulanan akım, alüminyum diske dik bir manyetik alan oluşturur Manyetik alan, disk üzerinde bir tork meydana getirir. Diskin dönmesi ve dolayısıyla hareketli kontağın (a) sabit kontağa (b) temas etmesi bir yay ile engellenir Giriş akımı, set edilen akım değerini aştığında hareketli kontak artan manyetik kuvvet nedeniyle sabit kontak üzerine kapanır Akım şiddeti arttıkça oluşan tork da artar. Bu da diskin daha hızlı dönerek kontakların daha kısa sürede kapanmasını sağlar. EES 455 - 01.11.2011

Elektromekanik röleler Dolayısıyla, rölenin çalışma zamanı, arıza akımının karesi ile ters orantılıdır. Bu durum da ters zaman karakteristiğini oluşturur. EES 455 - 01.11.2011

Dijital röleler - Çalışma parametreleri Akım set değeri (Current tap setting): Ip Zaman ayarı (time dial setting-TDS) Ayarlanabilir zaman gecikmesi Aşırı akım rölesi çalışma zamanı: EES 455 - 01.11.2011

Çalışma eğrileri EES 455 - 01.11.2011

Aşırı akım röleleri Şekildeki eğri tipi için A=28,2, B=0,1217, p=2 Şekildeki eğride örneğin; arıza akımı (If) 2 A ise ve röle çalışma akımı 1 A seçilirse M=2 olacaktır. TDS=0,5 için çalışma zamanı 5 sn iken TDS=2 için 19 sn olacaktır Çalışma zamanını düşürmek için, çalışma akımını düşürerek M arttırılabilir EES 455 - 01.11.2011

Aşırı akım röleleri EES 455 - 01.11.2011

Aşırı akım röle zaman koordinasyonu Ring sistemlerde, aşırı akım rölelerin zaman koordinasyonu oldukça güç olabilir Örneğin X noktasında bir arıza olduğunda B13 ve B31’in arızayı temizlemesi istenir. Ancak, B32 de arıza akımını hissedecektir. B31; B32’den hızlı ise arıza yayılmadan temizlenebilir EES 455 - 01.11.2011

Aşırı akım röle zaman koordinasyonu Ancak, B32 B31’den hızlı ise 3 nolu barada gereksiz yere kesinti olacaktır Bu sorunu gidermek için B32’nin B31’den daha yavaş çalışacak şekilde ayarlandığını farz edelim. Ancak bu defa da, Y noktasında oluşacak bir arızada B31 B32’den daha hızlı çalışarak yine 3 nolu barada gereksiz kesintiye neden olacaktır EES 455 - 01.11.2011

Yönlü röleler Ring sistemlerde yukarıda açıklanan zorluklardan dolayı, yön elemanı kullanılarak rölelerin sadece tek tarafındaki arızaya müdahale etmesi sağlanabilir. Aşağıdaki şekilde kullanılan yönlü röleler sayesinde; R12 rölesi 1 nolu baranın sağındaki, R21 rölesi ise 2 nolu baranın solundaki arızalarda çalışacaktır. EES 455 - 01.11.2011

Yönlü röleler P2 noktasındaki arıza: Akım gerilimden geri P1 noktasındaki arıza: Akım gerilimden ileri (Akım yönü, P2 arızasındakinden ters yönde) EES 455 - 01.11.2011

Yönlü röleler When a fault occurs at A, the two short-circuit currents Isc1 and Isc2 are simultaneously established. A fault current flows through the four protection devices: P1, P2, P3 and P4. Now in order to clear the fault without interrupting the power supply to the feeders, only circuit-breakers CB1 and CB2 must trip. In order to do this, directional phase overcurrent protection devices are installed at P2 and P3: – Protection P3 is not activated when a current circulating in the opposite direction to its detection direction flows through it. – Protection P2 is activated when a current circulating in its detection direction flows through it. It causes the circuit-breaker CB2 to trip and the current Isc2 is interrupted. An inter-tripping system causes CB1 to trip and the current Isc1 is interrupted. – Protection P4, which is time delayed, is not activated. The faulty section is thus isolated. EES 455 - 01.11.2011

Mesafe Koruma Arıza esnasında gerilim azalır ve akım artar. Dolayısıyla, kısa devre empedansı, normal işletme koşullarındaki yük empedansından daha küçüktür. Rölenin ölçtüğü empedans değeri, arıza noktası ile röle arasındaki mesafeye bağlıdır. Yani arızadaki empedans değeri, hattın uzunluğu ile orantılıdır. Röle, belirlenmiş mesafe içindeki arızalarda çalışır. Mesafenin ölçülmesi; ölçü trafolarından alınan gerilim ve akım bilgilerinden hesaplanan empedans değerine göre gerçekleştirilir EES 455 - 01.11.2011

Mesafe Koruma Gerilim ve empedans grafiğinde görüldüğü gibi arıza noktasında gerilim ve empedans sıfır, arıza noktasından uzaklaştıkça gerilim ve empedans değeri büyümektedir. Buna göre her transformatör merkezindeki mesafe koruma rölelerinde farklı empedans değerleri ölçülmektedir EES 455 - 01.11.2011

Empedans Rölesi (Yönsüz mesafe koruma) Normal koşullarda, Z çok büyük olup |Zr| çemberinin dışındaki bölgededir. Arıza esnasında; akımın artması ve gerilimin azalması sonucunda ölçülen empedans değeri |Zr| çemberinin içine girer ve röle çalışır EES 455 - 01.11.2011

Mho Rölesi (Yönlü mesafe koruma) Empedans rölesinin karakteristiği şekildeki gibi değiştirilerek yönlü röle haline gelmiştir. EES 455 - 01.11.2011

Diferansiyel Koruma İki veya daha fazla yerden ölçülen akım değerlerinin farkına göre çalışır Eğer fark, set edilen değerden büyükse röle çalışır EES 455 - 01.11.2011

Diferansiyel Röleler Normal durumda ve diferansiyel koruma bölgesinin dışındaki arızalarda; I1-I2=0 Koruma bölgesi içindeki arızalarda; I1-I2=If |I1-I2|>|Ip| ise çalışır |I1-I2|<|Ip| ise çalışmaz EES 455 - 01.11.2011

Bölge (zone) koruma Komşu bölgeler birbirleriyle örtüşmelidir P1: B3-B4 P2: B8-B9-B10 P3: B5-B6 Komşu bölgeler birbirleriyle örtüşmelidir Tüm kesiciler örtüşen bölgelerde olmalıdır Sistemin tümü koruma bölgesi içinde olmalıdır EES 455 - 01.11.2011

Radyal Sistemlerde Koruma Genelde zaman gecikmeli aşırı akım röleleri kullanılır. Arıza akımlarının normal yük akımlarından çok daha fazla olduğu durumlarda, röle zaman koordinasyonunu yapmak daha kolay olur. Aşırı akım röle koordinasyonu, genellikle en fazla 5 kesiciye kadar uygulanabilir. Aksi taktirde, kaynağa yakın yerde aşırı bir zaman gecikmesine neden olunabilir. EES 455 - 01.11.2011

Radyal Sistemlerde Koruma P1 noktasındaki arızada sadece B3 kesicisinin açması istenir. Bu durumda sadece L3 yükü enerjisiz kalacaktır. B2’ye B3’ten daha fazla bir zaman gecikmesi ayarlanarak, B3’ün önce açmaması sağlanır. B3’te bir arıza olduğunda B2 gecikmeli olarak açarak arızayı temizler. Benzer şekilde, P2 noktasındaki arızada B2’nin açması ve B1’in kapalı kalması istenir. Bu durumda L2 ve L3 enerjisiz kalacaktır. Arıza kaynağa daha yakın (P1’e göre) olduğundan arıza akımı daha yüksektir. B2; B2-B3 arasındaki bölge için ana (primary) koruma, B3’ün sağındaki bölge için ise artçı (backup) koruma sağlar. B1; B1-B2 arasındaki bölge için ana, B2’nin sağındaki bölge için ise artçı koruma sağlar. EES 455 - 01.11.2011

Radyal Sistemlerde Koruma Koordinasyon zaman aralığı; ana ve artçı koruma röleleri arasında bilinçli olarak ayarlanan gecikmedir. Arıza temizlenme süresini etkileyen farklı etkenler (akım trafosu hatası, arıza akımının DC bileşeni, kesici açma zamanı vs.) mevcuttur. Bu yüzden, anılan etkenler göz önüne alınarak pratik olarak 0,2-0,5 sn. arasında koordinasyon zaman aralıkları belirlenir. EES 455 - 01.11.2011

Radyal Sistemlerde Koruma Radyal sistemlerde mümkün olan en az sayıda kademeli koruma uygulanması gerekmektedir. Aksi taktirde, koordinasyon zaman aralıkları nedeniyle kaynağa yakın arızaların temizlenme süresi teçhizatın dayanma kapasitesinden uzun olabilir. En az sayıda koruma kademesi uygulaması için “kısa ve şişman” dağıtım sistemi yapısı, “uzun ve ince”ye nazaran daha uygundur. EES 455 - 01.11.2011

Radyal Sistemlerde Koruma Radyal sistem yapısının “uzun ve ince” olması durumunda uygun zaman koordinasyonunu gerçekleştirebilmek için sistemin uygun yerlerden bölünmesi gerekebilir. EES 455 - 01.11.2011