Amerikan tarzı kasanın dönüştürücü kirişlerinin korunması

Amerikan Tarzı Kutu Trafo Füze Giriş
Amerikan tarzı kutu trafo genellikle takılı füzeler ve yedek koruma füzelerinin seri bağlantısını kullanarak koruma sağlar. Koruma prensibi ileri ve güvenilirdir, kullanımı basittir. Yedek koruma füzesi, genellikle kutu transformatörün içinde yer alan yağlı akım sınırlama füzesidir. Sadece kutu transformatörün içinde bir arıza oluştuğunda çalışır ve yüksek gerilim hatını korur. Takılı füze, ikincil tarafta kısa devre arızası veya aşırı yük olması ya da yağ sıcaklığının çok yüksek olması durumunda patlayacaktır. Takılı füze, güç dağıtım sisteminde yağlı kutu transformatörlerin aşırı akım koruması için ana ektidir.

İçerisindeki füzeler üç türe ayrılabilir: akım tipi, çift hassaslık tipi ve çift faktör tipi. Füze, kutu transformatörün elektrik kesintisi olmadan değiştirilebilir. Akım tipi füze, yedek koruma füzesiyle seri bağlı olduğunda "çift füze koruması" oluşturur. Akım tipi füze aşırı yük koruması için kullanılır, yedek koruma füzesi ise transformatörün iç arızalarını (örneğin bobin kısa devresi vb.) korumak için kullanılır. Çift hassaslık füze, yedek koruma füzesiyle seri bağlandığında da "çift füze koruması" oluşturur. Çift hassaslık füze, hem akım hem de sıcaklık açısından transformatörün düşük gerilim tarafındaki arızaları veya aşırı yükleri korur.

Yedek koruma füzesi, transformatörün iç arızalarını (örneğin bobin kısa devre arızaları vb.) korumak için kullanılır. Standart amper-saniye eğrisi, üst ve alt seviyedeki füzeler ve kesiciler ile doğru bir şekilde uyum sağlar. Çift faktör füze, yedek koruma füzesiyle seri bağlandığında "çift füze koruması" oluşturur. Çift faktör füze, hem akım hem de sıcaklık açısından transformatörün düşük gerilim tarafındaki arızaları veya aşırı yükleri korur. Yedek koruma füzesi, transformatörün iç arızalarını (örneğin bobin kısa devre arızaları vb.) korumak için kullanılır ve standart amper-saniye eğrisi, üst ve alt seviyedeki füzeler ve kesiciler ile doğru bir şekilde uyum sağlar.
Füzelerin Temel Yapısı
Füzeler, gerçekleştirdikleri işlevlere göre farklı yapıları vardır. Bu makalede, ABD'deki COOPER (Cooper) Şirketinin McGraw Edison NX tipi akım sınırlama füzesini kısaca tanıtmaktadır.

McGraw Edison NX tipi akım sınırlama füzesinin yapısı Şekil 1'de gösterilmiştir. Saf gümüş füze şeridi içeren eriyen elementi içerir. Saf gümüş füze şeridi, mika destek (örümcek tipi destek bileşeni) üzerine sarılmıştır ve bu destek, devreyi açmaya yardımcı olan iyonlaşmış gaz üretir. Füze ve silika kumu, cam lif yalıtım tübüne monte edilmiştir.

1 - Yüksek saflıkta silika kumu doldurucu; 2 - Mika destek; 3 - Katı bakır uç; 4 - Çift mühürleme sistemi; 5 - Tanımlama etiketi; 6 - Cam lif kaplama; 7 - Saf gümüş füze şeridi.

Şekil 1. McGraw Edison NX tipi akım sınırlama füzesinin temel oluşturan elemanları.

Şekil 1'de görüldüğü gibi, McGraw Edison NX tipi akım sınırlama füzesi (diğer füze modelleri bu füzeyle benzer yapıya sahiptir) şu unsurları içerir:

•  Yüksek saflıkta silika kumu doldurucu. Belirli bir parçacık boyutu, saflık ve yoğunluğu, füzenin tutarlı temizleme özellikleri ve düşük enerji geçiş düzeyi sağlamak için ısı emilimi ve yayma özellikleri sağlar.

•  Mika destek. Füzenin çalışması sırasında, mika destek gaz ve basınç birikiminin oluşmadığı kararlı sarım desteği sağlar.

• Katı bakır uç. Latun fişi, 0.25 ila 10 inç uzunluğunda elektriksel iletken bir bağlantı sağlamak için seçilmiştir.

• Çift mühürleme sistemi. Nitril kauçuk mühür ve epoksi reçine mühürleyici, füzenin bütünlüğünü garanti eder.

• Güçlü tanımlama etiketi. Kullanıcıların voltaj, akım parametreleri, sipariş numaraları ve diğer bilgileri kolayca almasını sağlar.

• Cam lif kaplama. Füzenin herhangi bir kesinti sürecinde minimum füze akımı ile maksimum 50 kA arasındaki koruma aralığını dayanabilmesi için füzeye yüksek dayanıklılık ve bakım bütünlüğü sağlar.

• Saf gümüş füze şeridi. Akım dolaşımı ve termal basınç koşullarında istikrarlı kalır ve tutarlı füze özellikleri sağlar. Büyük akımların kesilmesi sırasında, füze şeridi, yayma gerilim zirvesi seviyesini etkili bir şekilde kontrol eder ve azaltır. Kesme süreci sırasında, bu bileşen izin verilen geçiş akımını ve enerjisini etkili bir şekilde kontrol eder ve sınırlar.

Füzenin Çalışma Özellikleri ve Koruma Prensibi
Füzenin çalışma süreci, içindeki füze elemanın modeline bağlıdır. Tüm füzeler için büyük hata akımlarının temizlenmesi temel olarak aynıdır. Akım akışı, eriyen elementin tamamı boyunca eritir ve oluşan yayma, eriyen elementin patlamasına neden olur, silika kumu vitrifye ederek yaymayı kısıtlayan cam bir kanal oluşturur. Bu cam kanal, direnç değerini artırarak, akımı azaltarak ve onu önceden sıfıra getirmeye zorlayarak yaymayı sınırlar.

Yerel veya geniş aralıklı füze, orta veya küçük akımların temizlenmesini önlemeniz gerekir. Örneğin, McGraw Edison tipi akım sınırlama füzesinde, "M" noktası (yani, çinko alaşımlı tel) ana eriyen elementin merkezine yerleştirilir ve erime sıcaklığını düşürür, Şekil 2(a)’da gösterildiği gibidir. Ana eriyen element M noktasında eridiğinde, akım yardımcı eriyen elemente aktarılır. İnce bir tel, ana eriyen elementin bir ucundan 1/4 boşlukla ana eriyen elemente bağlanmıştır. M noktasında ve yardımcı eriyen elementin boşluğunda yayma üzerinden bir gerilim gradyanı oluşur, Şekil 2(b)’de gösterildiği gibidir. Bu nedenle, ana eriyen element yayma devam ederse, bu tel bağlantısı mutlaka üç pozisyonda ortaya çıkacaktır, yayma uzunluğunu üç katına çıkarır ve bu alanı devrenin enerjisini dağıtmak için kullanır, Şekil 2(c)’de gösterildiği gibidir. Yayma başlangıcında, o bölgedeki örümcek yapısının ayrışmasına yetecek kadar ısı toplanır ve örümcek yapısından çıkan gaz, erimiş kayayı soğutur ve yayma uzunluğunu, arıza noktasının kestirilebileceği kadar azaltır.

Şekil 2 McGraw Edison NX tipi akım sınırlama füzesinin akımı azaltma süreci

Akım sınırlama füzelerinin seçimi, genellikle belirlenen gerilim parametrelerine dayanır. Uygun parametreler belirlenirken, elektrik sisteminin türü, sistemin maksimum gerilimi, transformatörün sarım durumu (füzenin transformatör koruması için kullanılırsa), nötr tellerin toprak durumu ve yük türü gibi birçok faktör göz önünde bulundurulmalıdır.

Genel olarak, tek fazlı devre, tek fazlı topraklama geriliminden daha büyük bir nominal parametreye sahip akım sınırlama füze ile korunabilir. Ancak, üç fazlı devre için, füzenin uygun faz arası parametrelerine sahip olması gerekmektedir. Özel durumlarda, füzeye uygulanan pozitif dizilim kesme geriliminin maksimum tasarım gerilimini aşmaması varsayımı altında, tek fazlı topraklama parametreleri üç fazlı sisteme uygulanabilir. Bu durumda, iki seri bağlı akım sınırlama füzenin, belirli bir arıza durumunda uygulanan gerilimi paylaşacakları varsayılır. Tablo 1, akım sınırlama füzelerinin önerilen nominal gerilim parametreleri ile akım sınırlama füzelerinin uygulama parametreleri arasındaki ilişkiyi göstermektedir.

Elektrik cihazlarının korunması için, akım sınırlama füzelerinin kesme gereklilikleri, korudukları cihazlarla uyumlu olmalıdır. Ayrıca, füzelerin zaman-akım eğrileri, özellikle yedek füzeler dahil olduğunda ve düşük akım arızalarının atılmasında dışarı atılmalı füzeye bağlı olduğu sistem koruma cihazlarıyla da uyumlu olmalıdır.

Tablo 1 Akım Sınırlama Füzelerinin Önerilen Nominal Gerilim Parametreleri ve Akım Sınırlama Füzelerinin Uygulama Parametreleri

Normal füzeler gibi, akım sınırlama füzeleri belirli bir çevre sıcaklığı altında güçte azalma yaşayabilir. Çeşitli uygulama senaryoları için indirim faktörleri Şekil 3'te gösterilmiştir.

Şekil 3 NX Tipi Akım Sınırlama Füzelerinin Uygulamaları İçin Çevre Sıcaklığı İndirim Faktörleri

Dağıtım transformatörleri için füze korumasının uygulanmasının anahtarı, füzenin aşağıdaki gereksinimleri karşılamasıdır:

• Kısa devre koruması sağlayın ve arızalı transformatörü önce sistemden ayırın. Füze, giriş akımı, soğuk yük başlatma akımı ve kısa süreli aşırı akım sırasında patlamamalıdır. Üst seviye cihaz (kesiciden önce patlamalı) ile uyumlu olmalıdır.

• Transformatörü aşırı ısınma hasarına veya mekanik hasara neden olabilecek ciddi aşırı akım durumlarını önleyin. Not edilmesi gereken, eğer gerekirse madde ② ertelemeye tabi tutulabilir çünkü füze korumanın asıl amacı aşırı yük korumasıdır, kısa devre koruması değildir.

Dağıtım transformatörünün giriş akımı/soğuk yük başlatma akımı zaman-akım eğrisi, aşağıdaki durumlara dayanarak tahmin edilir: 0.01 s'de, akım tam yük akımının 25 katıdır; 0.1 s'de, akım tam yük akımının 12 katıdır; 1 s'de, akım tam yük akımının 6 katıdır; 10 s'de, akım tam yük akımının 3 katıdır; ve 100 s'de, akım tam yük akımının 2 katıdır.

Dağıtım transformatörünün korunması için kullanılan füzenin, giriş akımı veya soğuk yük başlatma akımı sırasında patlamaması için, füze eğrisi giriş akımı/soğuk yük başlatma akımı eğrisinin sağ tarafında olmalıdır. Yani, füzenin patlama süresi bu akımların süresinden daha uzun olmalıdır.

Transformatör hasar eğrisi, üreticiden veya ANSIC57 standardından elde edilebilir ve aynı eğri grafiğine çizilebilir. Daha önce bahsedildiği gibi, eğer tavizler verilmesi gerekiyorsa, transformatör hasar eğrisi giriş akımı eğrisinden önceliklidir.

Şekil 4, 13.8 kV gerilim seviyesine ve 50 kV·A nominal kapasiteye sahip tek fazlı transformatörün giriş akımı/soğuk yük başlatma akımı eğrisini göstermektedir. Transformatörün tam yük akımı 3.62 A'dır. Şekilde bir füze eğrisi varsayılmıştır. Aslında, iki füze eğrisi vardır. Minimum erime eğrisi, füzenin en kısa sürede zarar görmesini sağlar ve maksimum temizleme eğrisi, füzenin en uzun sürede arızayı temizlemesini sağlar. Atılmalı füzenin maksimum temizleme süresi hiçbir zaman 0.8 çevrimin (yani 0.0133 s) altına düşmemelidir, bu nedenle bu eğri yatay olarak 0.0133 s'de çizilmiştir.

Şekil 4, dağıtım transformatörünün giriş akımı/soğuk yük başlatma akımı zaman-akım eğrisini göstermektedir. Füze eğrisinin, füze ile üst seviye koruma cihazı arasında uyum sağlaması gerektiğini unutmamak gerekir. Üst seviye cihaz, bir hat bölgelendirme cihazı olabilir, örneğin bir füze veya yeniden kapanıcı. Transformatör koruma füzesi, üst seviye füzenin zarar görmesinden önce veya üst seviye yeniden kapanıcının kilitlenmesinden önce patlamalıdır.

Bazı dağıtım transformatörleri, tam self-protection (CSP) özelliği olarak kabul edilir, yani aşırı akım ve giriş akımı koruması özelliklerine sahiptir.

Self-protection transformatörler genellikle, kendi kasalarında aşırı yük önleme için ikincil devre kesicisi ile büyük bir akım sınırlama füzesine sahiptir. Normal transformatörler genellikle, birincil tarafına eklenen bir füze ile korunur. Kutu transformatörler genellikle, kasa bağımsız (sabit ön panel tasarımı olmayan) bir füzeye sahiptir, bu füze ya transformatör yağında ya da kuru bir bavul kuyusunda veya silindirde (sabit ön panel tasarımı) bulunur. Her iki durumda da, yerinde füze değiştirme işlemini kolaylaştıracak uygun bir tasarım kullanılmalıdır.

Füze oranı, füzenin minimum patlama akımının transformatörün tam yük akımına oranıdır. Bu oran, cihazın sürekli işlemesi için aşırı yük korumasının önemini gösterir. Yüksek bir füze oranı, giriş akımı veya aşırı yük sırasında daha fazla transformatör arızasına izin verir; düşük bir füze oranı, bazı gereksiz patlamaları artırır, ancak transformatörü aşırı yükten daha iyi korur. Tipik bir füze oranı 2 ile 4 arasındadır.

Self-protection transformatörde, iç füzenin füze oranı yaklaşık 8'dir çünkü self-protection transformatörün ikincil tarafı, aşırı yükten etkilenmeyen bir devre kesicisi ile donatılmıştır.

Füze Korumasının Koruma Aralığı ve Koordinasyonu

Kutu transformatörünün korunması için bir füze seçerken genellikle, füze oranı, transformatörün tam yük akımını füzenin minimum erime akımıyla bölerek hesaplanabilir. Yüksek bir füze oranı, sistemi arızalı transformatörlerden koruyabilir, ancak sınırlı aşırı yük koruması sağlar; düşük bir füze oranı, maksimum aşırı yük koruması sağlayabilir, ancak füze darbe akımı ve giriş akımına karşı hassastır.

Ayrıca, operasyonun sürekliliği, aşırı yükten kaynaklanan transformatör arızaları, transformatör füzesi ile bölgelendirme cihazı arasındaki koordinasyon, giriş akımı ve soğuk yük başlatma etkileri gibi kapsamlı faktörler de dikkate alınmalıdır. Eğer transformatörün karakteristik eğrisi biliniyorsa, füze eğrisi, transformatör giriş eğrisi ile transformatör hasar eğrisi arasındaki alanda düzeltilerek basitleştirilebilir.

Bu eğriler standartlara göre oluşturulmuştur, ancak her zaman uygulanabilir değildir, bu nedenle füze seçilmelidir. Giriş akımı, kapatma sırasında voltaj dalgasındaki çekirdekteki kalan manyetik akıma büyük ölçüde bağlıdır. Giriş akımına dayanmak için, füze 0.01 s'de tam yük akımının 25 katını ve 0.1 s'de tam yük akımının 12 katını dayanabilmelidir. Birincil güç kesintisi sonrası yeniden besleme, soğuk yük başlatmasına neden olur. Giriş akımı eğrisi bilindiğinde, seçilen füze eğrisi, giriş akımı eğrisinden daha yavaş olmalıdır. Yıldırım descargası, transformatörün çekirdeğini doyurabilir ve giriş akımı oluşturabilir. Genellikle, yıldırım hasarı bir sorun olduğunda, daha büyük bir füze kullanmak daha iyidir.

Ayrıca, kutu transformatörünün korunması için bir füze seçerken, füzeler arasındaki koordinasyon da dikkate alınmalıdır. Burada, iki durumda koordinasyon sorunları tartışılmaktadır:

• İki akım sınırlama füzesi arasındaki koordinasyon. Koordinasyon hedefine ulaşmak için, eğri 0.01 s'den başlamalıdır. 0.01 s üzerindeki zamanlar için, aynı setteki iki farklı füze arasındaki koordinasyon, TCCS'leri basitçe bir araya getirerek ve %75 koordinasyon yöntemi kullanılarak sağlanabilir; 0.01 s altındaki zamanlar için, koordinasyon, minimum erime ve toplam temizleme değerlerini kullanarak sağlanabilir. İki akım sınırlama füze seride koordineliyken, koruma füzesi veya yük tarafı füzesi üzerinden geçen maksimum akım, korunan veya güç kaynağı tarafı füzenin minimum erime akımını aşmamalıdır. Yani, yük tarafı füze, geçiş akımını, güç kaynağı tarafı füzenin erimesi yeterli olmayacak düzeyde sınırlayacaktır. 0.01 s üzerindeki koordinasyon denetimi gerekli değildir çünkü koordinasyon sınırları sabit değerlerdir. Koordinasyon muhafazakar olup, herhangi bir arıza akımı için bir koordinasyon standardı oluşturur. Eğer arıza akımı sınırlıysa, koordinasyon, eğrideki akımı değiştirerek sağlanabilir.

• Yedek akım sınırlama füzesi ile atılmalı füze arasındaki koordinasyon. Bu koruma yöntemi, çoğunlukla, küçük akımlar (küçük arızalar) durumunda ucuz bir atılmalı füze ile temizlenmesine izin verdiği için tercih edilir. Korunan cihazda bir arıza olduğunda, akım sınırlama füze, akımın büyüklüğünü sınırlayacaktır. Atılmalı füzenin, akım sınırlama füzenin zarar görmesi olmadan küçük akım arızalarını temizlemesi son derece önemlidir. Atılmalı füze patladıktan sonra, akım sınırlama füze yeterli miktarlarda akım geçirebilir ve açık bir arıza göstergesi sağlayabilir. Füze özellikleri, atılmalı füzenin maksimum temizleme eğrisi ile akım sınırlama füzenin minimum erime eğrisi arasındaki kesişim noktalarını oluşturur, bu daha büyük bir akım sonuçlanır ve eş zamanlı işlemeye neden olur. Eğer iki akım sınırlama füze uygun seçilmişse, kutu transformatör tam aralıklı koruma sağlayabilir.

Füze Korumasının İşletimi ve Bakımı

Kutu transformatörünün korunması için bir füze kullanırken, aşağıdaki durumlar dikkat edilmelidir:

• Takılı füze manuel olarak işletilir ve kullanıcılar belirli beceri ve deneyime ihtiyaç duyar. Takılı füze, füze tutucusundan çıkarılmadan önce, kullanıcının bu işleme hakim olması gerekir. Yanlış bir işlem, anahtarlama arızalarına neden olabilir ve transformatörün değiştirilmesi veya yangın çıkmasına yol açabilir.

• Eğer takılı füze arıza kapatma için kullanılırsa, ciddi kişisel yaralanmalara neden olabilir. İç arızalar, transformatörün çatlamasına veya üst kapaklarının ayrılması neden olabilir. Bu nedenle, güvenlik sağlamak için transformatör her zaman uzaktan beslenmelidir.

• (3) Eğer transformatör kapalı bir binanın veya bodrumun içinde veya operatör doğrudan transformatörün üstünde ise, takılı füze montajı, transformatörü bağlamak veya ayırmak için kullanılmamalıdır. Bu durumlarda, operatörün doğru bir şekilde işlemesi zordur ve yanlış bir işlem durumunda güvenli bir şekilde ayrılmak zordur.

• Takılı füze işletilmeden önce, transformatörün durumu dikkatlice değerlendirilmelidir. Kasada yayma sesi olup olmadığını, kasada şişme veya yağ sızıntısı veya taşma izi olup olmadığını, basınç rahatlatma cihazının yakınındaki kasada yağ sızıntısı, taşma veya karbon lekesi izi olup olmadığını kontrol edin. Yukarıdaki durumlar varsa, takılı füze, transformatörü bağlamak veya ayırmak için kullanılmamalıdır, aksi halde yangın veya yaralanmaya neden olabilir.

• Takılı füze işletilmeden önce, transformatörün basıncı serbest bırakılmalıdır. Transformatör kasasının basıncını yanlış bir şekilde serbest bırakmak, takılı füze montajının sıcak yağ ile birlikte şiddetle dışarı fırlamasına neden olabilir. Bu, vücut yaralamalarına, yanıklara ve çevre kirliliğine neden olabilir.

• Çok yüksek bir amper değeresine sahip bir takılı füze kullanmak, transformatörün veya sistemin diğer kısımlarının yedek akım sınırlama füzesiyle uyumsuzluğa neden olabilir. Bu durumda, transformatörün içinde bir arıza olduğunda, daha büyük bir güç kesintisi veya transformatörün yanması veya patlaması meydana gelebilir. Tavsiye edilen değerden daha düşük bir amper değeresine sahip bir takılı füze kurulumu, gereksiz füze ve kesintiler neden olabilir.

• Füze tüpünün hasarı, füzenin doğru bir şekilde monte edilmesini etkileyebilir. Füze tüpünü dikkatlice kontrol edin, latunden herhangi bir yerde pittingten daha büyük bir paslanma olmadığından, yalıtım bileşenlerinin kara veya ablasın 1/2 inç (13 mm)den daha uzun olmadığından emin olun. Eğer hasar bu seviyeden fazlaysa, hasarlı füze tüpü yeni bir tüple değiştirilmelidir. Büyük miktarda latun erimesi veya ablasın füze tüpünün uzunluğunun yarısından fazla olduğu durumlarda, takılı f