PARAFUDR.

... konulu sunumlar: "PARAFUDR."— Sunum transkripti:

1 PARAFUDR

2 Parafudr, normal işletme geriliminde sisteme herhangi bir şekilde etkisi olmayan, ancak işletme geriliminin öngörülen bir gerilimi aşmasıyla aktif hale gelen bir aygıttır. Dolayısı ile sistemin üzerindeki aşırı gerilimi sınırlayan bir eleman olarak görev yapar. Sözkonusu aşırı gerilim ortadan kalkınca da başlangıçtaki çalışma konumuna döner. Üç fazlı sistemlerde herbir faza bir parafudr konulur. Normal durumlarda parafudrlar toprağa karşı akım geçirmezler.Fakat yıldırım düştüğünde, parafudr üzerinden çok büyük akımlar geçerek toprağa boşalır.Yıldırımın etkisi geçince tekrar normal çalışmaya dönüşür.Normal çalışmada parafudr açık durumda olan bir devre elemanıdır.Yıldırım, hattın belirli bir noktasına kadar etkili olur.Bu nedenle korunmak istenen elemanların yakınlarına parafudrlar bağlanmalıdır

3 Parafudrlarda Önemli Büyüklükler Şunlardır;
1) Çalışmaya başlama (veya atlama ) gerilimi (uçb) : Parafudrun çalışmaya başladığı anda, uçları arasındaki gerilimin eriştiği en büyük değere denir. 2) Çalışmaya başlama (veya atlama oluşum) süresi (tçb) : Bir darbe geriliminin anma başlangıç noktasından itibaren parafudrun çalışmaya başladığı ana kadar geçen süredir. 3) Çalışmaya başlama karakteristiği uçb =f(tçb) : Çalışmaya başlama geriliminin çalışmaya başlama süresine göre değişimini veren eğridir.

4 4) %100 Darbe çalışmaya başlama gerilimi (uçb100) : Parafudru her defasında çalıştıran en küçük 1,2/50 lik darbe geriliminin tepe değeridir. 5) Alternatif çalışmaya başlama gerilimi (Uçb) : Parafudrun hat ucu ile toprak ucu arasına sinuzoidal bir alternatif gerilim uygulandığında seri eklatörlerin hepsinde atlama meydana getiren en küçük alternatif gerilimin etkin değeridir. 6) Darbe boşalma akımı (ib) : Bir atlama olayında parafudr’dan geçen darbe akımıdır. Bunun değeri tepe değer olarak verilir. Anma-darbe boşalma akımı (IbN), 8/20’lik darbe akımı için verilir. 7) Ard veya izleme akımı (Ia) : Darbe boşalma akımının geçişini izleyen ve şebeke gerilimi altında parafudrdan geçen akımdır. Tepe değer olarak verilir.

5 8) Artık gerilim (ua) : Darbe boşalma akımının geçişi sırasında parafodrun hat ucu ile toprak ucu arasında meydana gelen en büyük gerilimdir. 9) Anma (veya söndürme) gerilimi (Un) : Ard akımın kesildiği parafudr uçlarındaki en büyük alternatif gerilimdir. Bu gerilim sürekli olarak parafudra uygulanabilir ve etkin değer olarak verilir. Bir parafudrun iyi çalışması için anma veya söndürme gerilimi, müsade edilen en büyük işletme gerilimine eşit veya ondan büyük olmalıdır.

6 Parafudrlar Aşağıdaki Şartları Yerine Getirmelidir;
1. İşletme geriliminin üzerinde bir gerilim oluştuğunda, hat ile toprak arasında iletkenlik sağlayarak enerjiyi toprağa iletmelidir. Bu durum ortadan kalktıktan sonra iletkenliği keserek şebeke enerjisinin toprağa iletilmesini önlemelidir. 2. Parafudr birçok atlamalardan sonra da güvenilir biçimde görevini sürdürmelidir. 3. Parafudrların çalışma gerilimi, konulacağı şebekenin izolasyonu en zayıf noktanın geriliminden daha az olmalıdır.Parafudrlar en kısa yoldan ve en iyi şekilde topraklanmalıdır. 4. Çalışmaya başlama gerilimi, mümkün olduğu kadar aşırı gerilimin şekline ve cinsine bağlı olmamalıdır. Yağmur sis veya kir gibi dış etkilerin etkisi, mümkün olduğu kadar küçük olmalıdır.

7 5. Parafudrlar imal edildikleri anma darbe boşalma akımlarının geçmesine müsaade etmeli fakat bu sırada artık gerilim, müsaade edilen sınırı aşmamalı ve parafudr fazla zorlanmamalıdır. 6. Söndürme gerilimi, dış etkiler altında dahi müsaade edilen en büyük işletme geriliminin altına düşmemelidir. Aksi halde parafudr parçalanabilir ve şebeke arızalanır. 7. Parafudrlar , büyük zaman aralıklarında da, beklemesiz çalışmalıdırlar

8 Bazı Parafudr Tipleri Değişken dirençli parafudrlar: Aşırı gerilimleri gerilime bağlı değişken dirençler üzerinden topraklamak suretiyle sınırlarlar. Bunlarda ard akım değişken dirençler yardımıyla kolayca kesilebilecek bir değere kadar indirilir ve bu dirençlere seri bağlı elektrotlar yardımıyla kesilir. Genel olarak ard akımı dolayısıyla şebekede fark edilir bir gerilim düşmesi meydana gelmez. Metal oksit parafudrlar: Metal oksit parafudrlarda aktif eleman olarak değişken direnç yerine yarı iletken malzeme, çinko oksit malzeme bloklar kullanılır. Bunlarda seri eklatör yoktur. Dolayısıyla bunlar değişken dirençli parafudrlara göre daha basit ve güvenli çalışırlar. Borulu parafudrlar: Aşırı gerilimleri bir ark üzerinden dirençsiz bir bağlantı yardımıyla topraklamak suretiyle sınırlarlar. Ard akımı, boru içinde meydana gelen basınçlı gaz ile kesilir. Koruma elektrotları ve deşarj tüplü parafudrlar: Aşırı gerilimleri bir ark üzerinden ve dirençsiz bir bağlantı ile topraklamak suretiyle sınırlar fakat bunlarda ard akımının kesilmesi, şebeke şartlarına bağlıdır.

9 Değişken Dirençli Parafudrlar
Değişken dirençli parafudrlar genel olarak üç kısımdan meydana gelir. Bunlar; a)Seri eklatör, b)Değişken direnç veya Dirençler, c)Yalıtkan Gövde veya Muhafaza

10 a ) Bir parafudr'un şeması 1 : Seri eklatör 2 : Değişken direnç 3 : Muhafaza
b ) Temiz ve kuru bir parafudr'un eşdeğer şeması ve gerilim dağılımı c ) Kirli bir parafudr'un eşdeğer şeması ve gerilim dağılımı a : Seri elektrotlar boyunca gerilim dağılımı b : Kısmi elektrotlar başına düşen gerilim c : Kir tabakası boyunca gerilim dağılımı

11 Temiz ve kuru bir parafudr’da seri eklatör boyunca gerilim dağılımı Şekil b de a eğrisiyle gösterilmiştir. Buna göre yüksek gerilim tarafındaki elektrotlar daha büyük zorlanmaya maruz kalırlar. Eğer elektrotları muhafaza eden porselen gövdenin yüzeyi, iletken bir kir tabakası ile örtülü ise o zaman seri eklatör boyunca gerilim dağılımı Şekil c deki a eğrisine benzer. Dolayısıyla parafudrun çalışmaya başlama gerilimi temiz ve kuru porselen gövdeye nazaran biraz düşer.

12 Seri Eklatör Bir değişken dirençli parafudr'un en önemli elemanlarından biridir. Parafudr'un değişken direnç veya dirençleri ile seri olarak bağlı bulunan belirli hava aralıklı elektrotlara seri eklatör denir. Bir seri eklatörün görevleri şöyle sıralanır : Normal işletmede,çalışmaya başlama gerilimine kadar şebekenin izolasyon düzeyini korumak; Herhangi bir aşırı gerilimde, gerilim belli bir sınırlama gerilimi değerini aştığı zaman gecikmesiz çalışmak; Ard akımı sıfırdan geçişi sırasında kesmek; Boşalma ve ard akımlarını elektrot yüzeylerinde herhangi bir arıza meydana getirmeden boşaltmak.

13 a- 1. Elektrotlar 2. Metal destek 3. Mika plak
b- 1. Elektrotlar 2. Porselen plak Seri eklatörün arkı söndürme yeteneği ,ard akımının ve geri gelen gerilimin büyüklüğüne bağlıdır. Ard akımı aktif akım özelliğinde olduğundan , bu akımın sıfırdan geçişi sırasında gerilimde sıfırdan geçer ve sonra sinüs eğrisi biçiminde yükselir. Arkın çabuk ve etkili bir şekilde soğutulması için , elektrotların büyük yüzeyli ve büyük ısı iletim katsayılı olması gerekir. Değişken dirençli parafudrlar yalnız dış aşırı gerilimlere karşı değil iç aşırı gerilimlere karşı da şebekeyi korumak zorundadırlar. Bu nedenle parafudr' un alternatif gerilimde çalışmaya başlama gerilimi de koruma düzeyini mümkün olduğu kadar aşmamalıdır. Bütün bunlar göz önünde tutulursa bir parafudr' un eklatörü aşağıdaki şartları yerine getirmelidir.

14 İşletme gerilimin de seri eklatör boyunca gerilim dağılımı mümkün olduğu kadar lineer olmalı ve bu durum dış etkilerle değişmemelidir. Darbe gerilimin de çalışmaya başlama gerilimi ,darbe geriliminin şekline ve dış etkilere bağlı olmamalıdır.

15 a) 1- Ön Eklatör,. 2- Seri eklatör
a) 1- Ön Eklatör, Seri eklatör Değişken dirençli parafudr b) Dönüşümlü yerleştirilmiş kısmi seri eklatör ve değişken dirençli parafudr c) Kumanda dirençli parafudr Şekil a’da seri eklatörün başına bir ön eklatör eklenmiştir. Ön eklatördeki gerilim düşümü seri eklatördekinden daha büyük olduğu için, bu bölgedeki gerilim dağılımını lineer hale getirmek amacı ile eklatörün etrafına bir kumanda halkası yerleştirilmiştir.Şekil b’de kısmi seri eklatörler ve değişken dirençler dönüşümlü olarak yerleştirilmiştir. Bu sayede alternatif gerilimde kısmi seri eklatörlerdeki kapasitif gerilim dağılımı mümkün olduğu kadar lineer hale gelir ve yalıtkan gövde yüzeyindeki kir tabakasının etkisi azaltılmış olur. Şekil c’de kısmi seri eklatörler boyunca gerilim dağılımını lineer hale getirmek amacı ile eklatörlere paralel dirençler bağlanmıştır.

16 Değişken Direnç veya Dirençler;
Bir parafudrun ikinci önemli elemanıdır. Hatta bir aşırı gerilim olduğu sürece, parafudr direnci hattın karakteristik empedansı yanında küçük, işletme gerilimlerinde de büyük olmalıdır. Ancak bu sayede işletme geriliminde parafudrdan geçen ard akımı küçük kalır ve birinci sıfırdan geçişi sırasında söndürülebilir. Gerilime bağlı değişen bu dirençler Silisyum karbür (SİC)’den yapılmıştır. Silisyum karbür (SİC), sodyum silikat veya kaolen gibi katkı maddeleriyle karıştırılarak yaklaşık 1300 °C ile 1400 °C’de pişirilerek elde edilir. Bu sayede parafudr, otomatik emniyet subapı gibi çalışır; yani büyük aşırı gerilimlerde büyük akımların (birkaç kA), işletme geriliminde de küçük ard akımların (birkaç 10 ile 100 A) geçmesine müsaade eder. Sübap etkisi matematik olarak; denklemiyle verilebilir. Burada dür. n=1 için gerilim akımla doğru orantılı olur. Bu durumda sübap etkisi yoktur. n =  için gerilim akıma bağlı değildir(ideal sübap etkisi).

17 Bir parafudrun akım-gerilim karakteristiği
1: n = 1 için, 2: n =  için, 3: Pratikte söz konusu parafudr direnci için.

18 5 kA’lik bir parafudr' un akım-gerilim ve çalışmaya başlama karakteristikleri
Buna göre 5kA'lik bir parafudr' da 2kA’den daha büyük akımlarda parafudrdan geçen akım, örneğin 2 katına çıkarsa parafudr uçlarındaki gerilim ancak %10 artar. Akım-gerilim karakteristiğinin anma boşalma akımındaki değeri artık gerilimi verir.

19 Bir parafudr' un çalışması bakımından akım-gerilim karakteristiğinden başka çalışmaya başlama karakteristiği de önemlidir. Bu karakteristik daha öncede açıklandığı gibi parafudr'un darbe çalışmaya başlama gerilimini ,çalışmaya başlama süresine göre verir. Parafudrun korunması bakımından karakteristik ne kadar yatık ise o kadar iyidir. Çünkü bu durumda parafudr en az gecikme ile çalışır. Bir önceki şekilde 5kA'lik bir parafudrun çalışmaya başlama karakteristiği 1цs 'nin üstünde ki çalışmaya başlama sürelerinde yatay bir doğruya yaklaşmaktadır. Bir parafudrun üçüncü kısmı yalıtkan ( porselen ) gövde veya muhafazadır. Bu, seri eklatör ve değişken dirençleri dış etkilere karşı korur ve bağlantıların yapılmasına yarar. Dış görünüşü itibariyle bir mesnet izolatörü görünümündedir.

20 Metal Oksit Parafudrlar
Metal oksit parafudrlar, yapısında seri eklatör bulunmayan çinko oksit (ZnO) direnç elemanlarından oluşurlar. Bunlar yapılarında eklatör bulunmaması nedeniyle eklatörsüz parafudrlar olarak anılırlar. Bu parafudrlar seri eklatörün bulunmaması, seri eklatörle ilgili yapısal ve elektriksel sorunları da ortadan kaldırır. Bunlar kirlenmeye karşı daha duyarsız olmaları nedeniyle ağır kirlenme koşullarında da kullanılabilir. Metal oksit parafudrların ana elemanı olan metal oksit dirençler, başta çinko oksit (ZnO) olmak üzere, az miktarda bizmut osit (Bi2O3), mangan oksit (MnO2) ve antimon oksit (Sb2O3) ihtiva ederler. Bir metal oksit direncin akım-gerilim karakteristiği silisyum karbüre ( SİC ) göre daha yatıktır. Bir metal oksit parafudrun yapısı 1- Sıkıştırma yayı, 2- Metaloksit direnç elemanları, 3- Gövde, 4- Basınçlı gaz

21 Akım gerilim karakteristiği, değişken dirençli klasik parafudrlarda olduğu gibi; ifadesiyle verilebilir. Yalnız burada n, silisyum karbür için 0.2 ila 7.8 arasında değiştiği halde çinko oksit dirençler için 35 ila 50 arasında değişir. Yani çinko oksit direçlerin sübap etkisi çok daha yüksektir.

22 Tablo - Değişken dirençli faz parafudrlarına ait karakteristik büyüklükler
1) l: Yıldız noktası söndürme bobini veya direnç üzerinden topraklanmış şebeke f: Yıldız noktası yalıtılmış şebeke e: Yıldız noktası etkili topraklanmış şebeke ( ) 2) Un VDE * ’ye göre parafudrun söndürme gerilimine eşittir. 3) uçb100 ve ua değerleri, Un etkin değer olarak konursa, tepe değer olarak bulunur 4) usı sınırlama gerilimi VDE 0111’e göre koruma düzeyine eşittir. *Verband Deutscher Elektrotechniker (Alman Elektrik Ürünleri Standartı)

23 Tablo - Değişken dirençli yıldız parafudrlarına ait karakteristik büyüklükler l: Yıldız noktası söndürme bobini veya direnç üzerinden topraklanmış şebeke f: Yıldız noktası yalıtılmış şebeke e: Yıldız noktası etkili topraklanmış şebeke ( )

24 Tablo - Metal oksit parafudrlarda anma gerilimi 1- Bazı parafudr tipleri için daha büyük anma gerilimleri tavsiye edilmekte olup, bu değerler parantez içinde verilmiştir.

25 Ark Boynuzu

26 Ark Boynuzlarının Kullanıldığı Yerler
Ark boynuzları özellikle transformatör geçit izalatörlerinde (buşinglerde) ve izalatörde çokça kullanılmaktadırlar. Ark Boynuzlarının Kullanıldığı Yerler

27 1-) Boynuzlar arasındaki hava aniden iyonize olmaz ,
Aşırı bir gerilim ark boynuzlarına eriştiği zaman eğer atlama aralığı uygunsa boynuzlar arasından atlayarak bu gerilimin , boynuzların bağlı olduğu izalatör , buşing vs zarar vermeksizin topraklanması sağlanır. Bu topraklama koruma aygıtları tarafından kısa devre olarak algılanarak gerekli işlemleri yapar , kesicileri açar. Buradan anlaşılacağı gibi boynuzlar arası hava aralığı korunan elemanın dayanabileceği gerilimden bir miktar küçük bir gerilime ayar edilir. Aşırı gerilim bu değere erişir erişmez hemen atlama olmaz, küçükte olsa bir gecikme olur . Bunun nedenleri ; 1-) Boynuzlar arasındaki hava aniden iyonize olmaz , 2-) Ark boynuzlarının uç yapısı bu iyonizasyonda önemli rol oynar ( örneğin uçlar küresel yapıda ve aralık bu kürelerin yarı çaplarına göre küçükse atlama hemen olur. Yoksa gecikmeli olur) 3-) Aşırı gerilimin genliği büyüdükçe iyonizasyon (delinme) daha çabuk olur. Delinme için gerekli zaman , aşırı gerilimin genliği ile ters orantılıdır.

28 Ark boynuzu atlama aralıkları
Ark boynuzları arasında başlayan ark , kendisini meydana getiren aşırı gerilim kalksa bile normal işletme gerilimin etkisi ile bir süre daha devam eder. Bu özellik kesicilerin açma sürelerini etkilemektedir. Ark boynuzu atlama aralıkları genel olarak aşağıdaki tablo daki gibi verilmekle beraber (VDE’ye göre ) bu aralıklar boynuz uç yapısına ve boynuzların biçimine bağlıdır. Uç yapsısı küre biçiminde veya sivri uçlu olabilir. Gövdesi ise düz çubuk veya ‘’V’’ biçiminde olabilir. Ark boynuzu atlama aralıkları

29 Ark boynuzlarının Uç ve Gövde Biçimleri

30 İzalatörler aşırı gerilimlere karşı ark boynuzları ile korunduğu gibi dairesel ark çemberleri ile de korunabilir. Şekil ‘de bunların ikisi bir arada gösterilmektedir. Dairesel ark çemberleri ‘’Koruma halkaları’’ aynı zamanda izalatör boyunca gerilim dağılımınıda düzgünleştirdiği için koronayı da azaltmış olurlar . Bu üstünlüklerine karşın ark boynuzlarına göre daha pahalı ve yerleştirilişi daha zordur İzalatör Korunması a- Ark Boynuzu ile b- Dairesel Ark Çemberi ile

31 Ark boynuzları ve ark çemberleri aslında “ eklatör “ denilen yüksek gerilim elektrodlarının özel türleridir. Eklatörler “ Shering Köprüsünde “ olduğu gibi ölçü aletlerinin testlerinde kullanılan test aygıtlarında da görülür. Gövdesi genellikle düz , çubuk biçiminde olmakla beraber eklatörlerin uç yapıları ( elektrod biçimleri) ; 1-) Sivri , 2-) Küresel , 3-) Halka , 4-) Bruce , biçiminde olabilir.Bunlardan “ Bruce “ tiplerin biçimi küresel yapıdan farklı olup mantara benzemektedir.

32 Koruma Hattı

33 Yalıtkanlık düzeyi , yüksek enerji iletim sistemlerinde başvurulan bir yöntem olup pahalı olması nedeniyle , çift enerji iletim hattı olan sistemlerde bile ikiden fazla koruma hattı kullanılmaz. Yine , pahalı olduğu için bunların topraklamaları her direkte yapılmaz , ama mutlaka bir kaç direkte bir yapılır. Genellikle çelik tellerden oluşan koruma hattının görevleri ; 1-) Faz iletkenlerini yıldırım düşmesine karşı korumak , 2-) Faz iletkenlerini yüklü bulutların etkisinden korumak, 3-) İletim hatlarındaki izalatörleri korumak , 4-) Şalt sahalarında yalıtımı sağlayan malzemeleri “ ekranlama “ yaparak korumaktır. Bu görevleri yaparken topraklama direnci oldukça küçük , “koruma açısı“ yeterli olmalıdır .

34 Eğer topraklama direnci büyük veya kullanıldığı sistemin yalıtım düzeyi küçük ise koruma hattı koruma yapacağı yerde zararlı hale gelir. Örneğin Topraklama direnci 20 ohm olan bir koruma hattında 10 kA’ lik bir boşalma akımı aksın. Hattın iç direnci ihmal edilirse koruma hattı ile toprak arasında; U= R*I = 200 kV gibi yüksek bir gerilim oluşur. Yalıtım düzeyi bu gerilimin altında olan sistemlerde bu gerilim tehlike oluşturur. Yani, koruma hattı koruma sağlayacağına , tehlike oluşturur. Bu nedenle koruma hattı 60kV’ un üzerinde işletme gerilimine sahip olan sistemlerde kullanılır, orta gerilim sistemlerinde kullanılmaz. Topraklama direnci ve topraklamanın nasıl yapılacağı yönetmeliklerle belirtilmiş olup özellikle yüksek gerilim direklerinin topraklama dirençleri işletici kurum tarafından zaman zaman testler yapılarak kontrol edilir.

35 Koruma açısı, topraklama iletkeninin faz iletkenlerini ekranlama etkisinden ortaya çıkar . Topraklama iletkeni direk üzerine yerleştirilirken, faz iletkenine düşey yöndeki uzaklığı ‘d ve yatay yöndeki uzaklığı da ‘y’ olmak üzere ‘ d/y=> 1.5 ‘ olması durumunda , yapılan deneyler faz iletkenlerinin iyi korunduğunu göstermiştir. Dolasıyla aşağıdaki şekilde gösterilen koruma açısı α nın kritik değerinin ‘d/y= 1.5’ için αK = 32° olacağı ortaya çıkar. Topraklama İletkenlerinin Ekranlama Etkisi YB : Yıldırım bulutu E : Topraklanmış iletken D : Direk (Topraklanmış) Yüksek gerilimlere çıkıldıkça koruma açısı ve koruma iletkeninin direk üzerinde tespit edileceği yükseklik böyle ampirik bir yöntemle değil ayrıntılı tasarım bilgilerinden faydalanılarak belirlenir.