Yüksek Gerilim Anahtarlarında Aşamalı Akım Kapama
Aynı çalışma gerilimine sahip elektrik ağının iki parçası birleştirildiğinde, eşdeğer kaynakların farklı faz açılarına sahip olması durumunda, bazı veya tüm fazların 180°'lik bir faz kayması olursa, faz kayması geçiş fenomeni meydana gelir. Geçiş işlemi sırasında, devre kesicisi farklı faz açılarına sahip kaynak gerilimleriyle karşılaştığından, bağlantıda faz kayması akımları ortaya çıkar. Bu akımlar, bağlantının her iki tarafındaki devre kesiciler tarafından güvenilir bir şekilde kesilmelidir.
Özellikle, kaynak gerilimlerini temsil eden dönen vektörler arasındaki faz açısı farkı, anlık gerilim dalgalı formlarının senkronizasyon dışı olmasını sağlar ve bu da geçiş anında önemli geçici akımlar ve gerilim yüklerine neden olur. Geçici kurtarma gerilimi (TRV) için, bu geçiş görevi devre kesicinin her iki tarafında aktif güç kaynakları ile karakterize edilir, bu da geçiş işleminin karmaşıklığını ve zorluklarını artırır.
Şekil 1'de gösterildiği gibi, S1 ve S2 güç kaynaklarının farklı faz açılarına sahip olduğunu varsayalım. Devre kesicisi bu iki kaynağı arasında geçiş yaptığında, faz açısı farkı geçici akımın önemli ölçüde artmasına neden olabilir, bu da devre kesicisine daha büyük kesme talepleri getirir. Bu nedenle, devre kesicisi bu yüksek stresli koşulları yönetmek için yeterli kapasiteye sahip olmalıdır, böylece güvenli ve güvenilir geçiş işlemleri sağlanır.
Önemli Noktalar Özeti
Faz Kayması Geçişi: Farklı faz açılarına sahip iki kaynak arasında geçiş yapıldığında gerçekleşir.
Geçici Akımlar: Faz açıları arasındaki farktan dolayı önemli ölçüde geçici akımlar üretilir.
Geçici Kurtarma Gerilimi (TRV): Geçiş görevi, devre kesicinin her iki tarafında aktif güç kaynakları ile karakterize edilir, bu da karmaşıklığı artırır.
Devre Kesicisi Gereksinimleri: Devre kesicisi, güvenli ve güvenilir geçiş işlemleri sağlamak için yüksek stresli koşulları yönetebilmeli bir kapasiteye sahip olmalıdır.
Daha önce tartışılan arızalı geçiş görevlerinde, yük tarafındaki TRV bileşeni sonunda sıfıra düşer. Ancak, faz kayması geçişinde, S2 tarafındaki TRV bileşeni, S2 kaynağının güç frekansı kurtarma gerilimine (RV) yavaşça düşer. Şekil 2'de gösterildiği gibi, iki kaynak arasındaki gerilim faz açısı farkı 90° olarak varsayılmıştır ve kısa devre reaktörlerin impedansı eşittir.
Bu nedenle, faz kayması geçiş işleminin en belirgin özelliği, özellikle yüksek TRV tepe değerleridir, ancak Restriking Geriliminin Yükselme Hızı (RRRV) ve akım nispeten orta seviyededir. Faz kayması koşullarındaki TRV tepe değeri, tüm geçiş işlemler arasında en yüksek olduğundan, uzun mesafeli iletim hatlarındaki arızaların temizlenmesi veya serili kompenseli hatlardaki arızaların ele alınması gibi diğer karmaşık geçiş koşullarının değerlendirilmesi için genellikle bir referans olarak kullanılır.
Önemli Noktalar Özeti:
Yük Tarafı TRV: Tüm durumlarda, yük tarafındaki TRV bileşeni sıfıra düşer. Faz Kayması Durumunda S2 Taraftaki TRV: S2 kaynağının güç frekansı kurtarma gerilimine (RV) düşer.
TRV Tepe Değeri: Faz kayması geçişinde çok yüksek olur.
RRRV ve Akım: Nispeten orta seviyede kalır.
Referans Standart: Faz kayması koşullarındaki TRV tepe değeri en yüksek olduğu için, diğer karmaşık geçiş koşullarının değerlendirilmesi için yaygın bir referanstır.
Faz Kayması Geçişi Olgunun TRV Özellikleri
Daha önce tartışılan arızalı geçiş senaryolarında, yük tarafındaki Geçici Kurtarma Gerilimi (TRV) bileşeni her durumda sıfıra düşer. Ancak, faz kayması geçişinde, tarafındaki TRV bileşeni, kaynağının güç frekansı kurtarma gerilimine (RV) düşer. Bu davranış, Şekil 2'de gösterilmiştir, burada iki kaynağın gerilim faz açıları arasındaki fark 90° olarak ve kısa devre reaktörlerin eşit olduğu kabul edilmiştir.
Gözden Geçirilmiş Açıklama
Daha önce tartışılan arızalı geçiş senaryolarında, yük tarafındaki Geçici Kurtarma Gerilimi (TRV) bileşeni her zaman sıfıra düşer. Ancak, faz kayması geçişinde, tarafındaki TRV bileşeni, kaynağının güç frekansı kurtarma gerilimine (RV) düşer. Şekil 2'de gösterildiği gibi, bu iki güç kaynağının gerilim faz açıları arasındaki farkın 90° olduğu ve kısa devre reaktörlerin eşit olduğu varsayılmıştır.
Bu nedenle, faz kayması geçiş işleminin ana özellikleri şunlardır:
Çok Yüksek TRV Tepe Değerleri: TRV tepe değerleri, diğer geçiş modlarına kıyasla oldukça yüksektir.
Orta Seviyede RRRV ve Akım: Restriking Geriliminin Yükselme Hızı (RRRV) ve akım düzeyleri, yüksek TRV tepe değerlerine rağmen orta seviyede kalır.
Faz kayması koşullarındaki TRV tepe değeri, tüm geçiş modları arasında en yüksek olduğundan, bu senaryo genellikle şu özel geçiş koşullarının değerlendirilmesi için bir referans olarak kullanılır:
Uzun iletim hatlarındaki arızaların temizlenmesi
Serili kompenseli hatlardaki arızaların ele alınması
Önemli Noktalar Özeti:
Yük Tarafı TRV: Tüm arızalı geçiş senaryolarında her zaman sıfıra düşer.
-Tarafı TRV Faz Kayması: kaynağının güç frekansı kurtarma gerilimine (RV) düşer.
TRV Tepe Değeri: Faz kayması geçişinde özellikle yüksektir.
RRRV ve Akım: Nispeten orta seviyede kalır.
Referans Standart: Faz kayması koşullarındaki TRV tepe değeri en yüksek olduğu için, diğer karmaşık geçiş koşullarının değerlendirilmesi için yaygın bir referanstır.
Şekil 3, faz kayması koşullarına yol açabilecek iki senaryoyu göstermektedir. İlk senaryoda (soldaki resim), bir jeneratör yanlış faz açısıyla devre kesicisi aracılığıyla şebekeye bağlanmıştır. İkinci senaryoda (sağdaki resim), iletim ağındaki farklı bölümler, genellikle ağda bir yerde kısa devre oluşmasından dolayı senkronizasyonunu kaybederler.
Her iki durumda da, faz kayması akımları ağ boyunca akar ve bu akımlar devre kesiciler tarafından güvenilir bir şekilde kesilmelidir. Bu durumlar, faz kayması yüksek geçici akımlar ve gerilimlere neden olabileceği için enerji sistemine önemli zorluklar getirir ve devre kesicilerin bu aşırı koşulları etkili bir şekilde yönetmesi gerekir.
Önemli Noktalar Özeti:
Senaryo 1 (Soldaki Resim): Bir jeneratör yanlış faz açısıyla şebekeye bağlanarak faz kayması oluşturur.
Senaryo 2 (Sağdaki Resim): Iletim ağındaki farklı bölümler, genellikle ağda bir yerde kısa devre oluşmasından dolayı senkronizasyonunu kaybeder, bu da faz kaymasını oluşturur.
Faz Kayması Akımları: Her iki senaryoda da, faz kayması akımları ağ boyunca akar.
Devre Kesicisi Gereksinimi: Devre kesiciler, sistemin istikrarını ve güvenliğini korumak için bu faz kayması akımlarını güvenilir bir şekilde kesmelidir.
Jeneratör ve Sistem Arasındaki Geçiş
Bir yükseltme transformatörü kullanılırken, jeneratör ve güç sistemi arasındaki geçiş, transformatörün yüksek gerilim (HV) tarafında veya orta gerilim (MV) tarafında gerçekleşebilir. Bu geçiş, sadece sistem arızaları veya güç santrali turları sırasında değil, aynı zamanda senkronizasyon ve desenkronizasyon olayları sırasında da gerçekleşebilir.
Senkron dışı koşulların şiddetliği şunlardan bağlıdır:
Faz Açısı Farkı: Jeneratör ve şebeke arasındaki faz açısı farkı ne kadar büyükse, senkron dışı koşul o kadar şiddetli olur.
Rotor Eksitasyon Durumu: Jeneratör rotorundaki eksitasyon düzeyi de senkron dışı koşulun şiddetini etkiler. Genellikle, eksitasyon kontrol sistemi, senkron dışı koşulun etkisini minimize etmek için rotorun manyetik alan gücünü hızlı bir şekilde azaltır.
Bu zorluklara çözüm sunmak için güç santralleri çeşitli koruma ve kontrol cihazlarıyla donatılmıştır:
Senkron Dışı Koruma Cihazları: Bu cihazlar, jeneratörün şebekeyle senkronizasyonunu kaybetmesini algılar ve önler.
Senkronizasyon Kontrol Cihazları: Bu cihazlar, jeneratörün şebekeye doğru faz açısıyla bağlanmasını sağlar, böylece senkron dışı koşullar önlenir.
Senkronizasyon Kontrol Ekipmanları: Bu ekipmanlar, jeneratör ve şebeke arasındaki düzgün senkronizasyonu sağlar.
Şekil 4, yükseltme transformatörü, jeneratör ve güç sistemi arasındaki bağlantıyı, ayrıca ilişkili koruma ve kontrol cihazlarının yapılandırmasını göstermektedir.
Önemli Noktalar Özeti:
Geçiş Yeri: Jeneratör ve güç sistemi arasındaki geçiş, yükseltme transformatörünün yüksek gerilim (HV) tarafında veya orta gerilim (MV) tarafında gerçekleşebilir.
Senkron Dışı Koşullar: Senkron dışı koşulların şiddeti, faz açısı farkı ve rotor eksitasyon durumuna bağlıdır.
Koruma ve Kontrol Cihazları: Güç santralleri, güvenli ve güvenilir geçiş işlemleri sağlamak için senkron dışı koruma, senkronizasyon kontrol cihazları ve senkronizasyon kontrol ekipmanlarıyla donatılmıştır.
İki Sistem Arasındaki Geçiş:
İki güç sistemi arasındaki geçiş, genellikle güç dengesizliği ve sistem istikrarsızlığı durumlarında gerçekleşir. Büyük sistem pertürbasyonları, sistem yeniden canlandırma sırasında ortaya çıkan durumlar ve koruma sistemlerinin yanlış çalışması nedeniyle meydana gelebilir.
Daha önemli iletim hatları, koruma sistemlerinde senkron dışı engelleme ile donatılabilir ve/veya ciddi senkron dışı koşullar altında sistemlerin ayrılması önlemek için özel bir sistem çapında koruma uygulanabilir.
Senkron Dışı Olayların Sonuçları:
Nominal senkron dışı akımlar, nominal kısa devre akımının %25'i olarak önerilmiştir. Ekonomik ve istatistiksel nedenlerle, TRV analizlerinden elde edilen minimum tepe değerler önerilmiştir: 2.0 p.u. RV ve %25 aşırı değer.
Sistem ayrılması, hava yolu hatlarının kademeli tripleniği ile birlikte gelir ve bu da sistem impedansının artmasına neden olur. Bu nedenle, bugün bile, nominal kısa devre akımının %25'i maksimum değeri makul görünmektedir. Senkron dışı akımın maksimum değeri, yüksek gerilimli devre kesicilerin yetenekleri için önemli bir parametredir.
Büyük pertürbasyonlar, standartlarda TRV tepe değerleriyle ilişkilendirilen 105 derece ile 115 derece arasındaki değerlerden çok daha büyük faz açıları gösterir. Bu, radial ve örgülü ağlara hem de uygulanır; ancak, tarihsel olaylar, düşük çalışma gerilimleriyle birlikte büyük senkron dışı açıların meydana gelebileceğini göstermiştir. Büyük senkron dışı açı ve düşük çalışma geriliminin kombinasyonu, nispeten düşük senkron dışı açı ve nominal gerilim (maksimum çalışma gerilimi) durumları için standartlarda belirtilen TRV tepe değerlerine benzer sonuçlar verir.
Geleneksel güç santrallerini bağlamak veya ayırmak için kullanılan iletim sistemi devre kesicileri de senkron dışı geçişe maruz kalabilir. Güç salınımları sırasında güç santrallerini ayırmak için, sistem ayrılması için yapılan değerlendirmeler uygulanabilir, ancak bir dönüştürücü sınırlı hata test koşulu belirtmenin gerekebileceği dikkate alınmalıdır.
Hatalı senkronizasyon nedeniyle güç santrallerini ayırmak için, orta gerilimli jeneratör devre kesicileri için açıklandığı gibi benzer koşullar ve gereksinimler uygulanır ve bir tasarımın görevi yerine getirebilir olup olmadığını yargılamak için simülasyonlar gerekir. Bu tür olayların simülasyonları, koruma sistemlerinin tepki süresini, jeneratör geriliminin depresyon fenomenini ve rotanın hızlanıp yavaşlamasını içermelidir, böylece jeneratörlerin yanlış senkronizasyonundan sonra oluşan senkron dışı akım ve TRV'nin kullanıcı tarafından belirtilen koşulları (örneğin, 180 derece) kapsayıp kapsamadığını belirlemek için kullanılabilir.
