Jeneratör devre kesiciler temel olarak kömür yanmalı, nükleer, gaz türbini, birleşik döngülü, hidroelektrik ve pompalı depolama güç santralleri dahil olmak üzere geniş bir yelpazede güç üretim tesisleri için uygundur. Ayrıca, jeneratör devre kesicileri olmayan mevcut elektrik istasyonlarının yenilenmesi için de idealdir.
Geçmişte, jeneratör devre kesiciler genellikle birkaç küçük jeneratörün ortak bir ana hatla bağlantılı olduğu çoklu ünite istasyonlarında yaygın olarak kullanılıyordu. Ancak, jeneratör boyutlarındaki hızlı büyüme ve sistem hata akım seviyelerindeki artışla bu tip anahtarlamanın kesme yetenekleri kısa sürede aşıldı. Sonrasında, her jeneratörün bağımsız bir buhar besleme yardımcı sistemi ile doğrudan bir yükseltici dönüştürücüye ve yüksek taraflı kesicilere bağlandığı ünite kavramı benimsendi.
Ünite bağlantısına kıyasla, jeneratörlerin terminal geriliminde jeneratör devre kesicileri kullanarak değiştirildiğinde birçok fayda sağlar:
Basitleştirilmiş İşlemler: Jeneratörle ilgili anahtarlamalar sırasında operasyonel prosedürleri basitleştirir, karmaşıklığı ve insan hatası potansiyelini azaltır.
Geliştirilmiş Koruma: Jeneratör, ana ve ünite dönüştürücüler için geliştirilmiş koruma sağlar, bu kritik bileşenleri elektriksel arızalardan ve ani akım artışlarından korur.
Arttırılan Güvenilirlik: Güç üretimi sisteminin güvenliğini artırır ve elektrik santralinin toplam kullanılabilirliğini önemli ölçüde iyileştirir, kapalı kalma süresini minimize eder ve güç çıkışıyı maksimize eder.
Ekonominin Kazançları: Ayrıca bakım maliyetlerinin azalması ve uzun vadede işleyiş verimliliğinin gelişmesi gibi ekonomik avantajlar da sağlar.
Güç santrallerinin elektrik düzeni için temel gereksinimler şu şekilde özetlenebilir:
Verimli Güç Aktarımı: Jeneratörden yüksek gerilim (HV) iletim sistemine üretilen elektrik enerjisini aktarır, işletme ihtiyaçlarını ve kullanılabilirlik, güvenilirlik ve ekonomik uygunlukla ilgili faktörleri göz önünde bulundurur.
Güvenilir Yardımcı Güç Beslemesi: Yardımcı ve istasyon servis sistemleri için elektrik gücünün sağlanması, güvenli ve güvenilir bir elektrik santral işlemi sürdürmek için kritiktir.
Şekil 1, jeneratör devre kesicilerinin jeneratörü ana dönüştürücüye bağlamak için nasıl kullanıldığını gösteren güç istasyonu düzen örneklerini gösterir, bu devre kesicilerinin genel elektrik konfigürasyonuna nasıl entegre edildiğini gösterir.
Jeneratör devre kesicileri, güç sistemlerinde çok yönlü ve kritik bir rol oynar, çeşitli temel işlem görevlerini yerine getirir:
Yüksek Gerilim Sistemi ile Senkronizasyon: Yüksek gerilim (HV) düzeyinde sistem gerilimine jeneratörü senkronize etmekten sorumludurlar. Bu, jeneratör çıktısı ile ağ arasındaki sorunsuz bir bağlantı sağlar, elektrik enerjisinin verimli aktarımını sağlar.
Yüksek Gerilim Sisteminden Ayrılma: Yüklenmemiş veya hafif yüklenmiş jeneratörleri HV sisteminden ayırma imkanı sağlar. Bu işlem, güç ağındaki istikrar ve güvenliği korumada faydalıdır.
Yük Akımının Kesilmesi: Bu devre kesiciler, jeneratörlerin tam yük akımına kadar olan yük akımlarını kesme yeteneğine sahiptir. Bu özellik, normal işlemler ve güç santralindeki yük yönetimi için önemlidir.
Sistem Beslemeli Kısa Devrenin Kesilmesi: Sistem beslemeli kısa devreleri keserek, jeneratör ve diğer bileşenleri aşırı akım akışından kaynaklanan potansiyel hasarlardan korur.
Jeneratör Beslemeli Kısa Devrenin Kesilmesi: Benzer şekilde, içsel arızalardan dolayı jeneratörün kendisini korumak için jeneratör beslemeli kısa devreleri kesmeye tasarlanmıştır.
Faz Uyumsuzlukta Akım Kesilmesi: Jeneratör devre kesiciler, faz uyumsuzluk koşullarında akım kesme yeteneğine sahiptir, 180°'ye kadar faz uyumsuzluk açısıyla yönetebilir. Bu özellik, anormal işletim koşullarında sistem istikrarını korumada kritiktir.
Pompalı Depolama Güç Santrallerinde Senkronizasyon (Motor Modu): Pompalı depolama güç santrallerinde, jeneratör-motor motor modunda başlatıldığında, devre kesicisi makinenin HV sistemle senkronize edilmesinde kullanılır. Statik frekans dönüştürücüsü (SFC) başlatma veya sıralı başlatma gibi farklı senkronizasyon yöntemleri mevcuttur.
Pompalı Depolama Güç Santrallerinde Başlatma Akımı Yönetimi (Motor Modu): Pompalı depolama güç santrallerinde, jeneratör-motor motor modunda asenkron başlama ile başlatıldığında, devre kesicisi başlama akımını kapatır ve keser, düzgün ve kontrol edilebilir bir başlama sürecini sağlar.
Düşük Frekansta Kısa Devre Akımının Kesilmesi: Gaz türbini, birleşik döngülü ve pompalı depolama güç santrallerinde, başlangıç beslemesine bağlı olarak, devre kesicisi 50/60 Hz'dan düşük frekanslarda jeneratör beslemeli kısa devre akımlarını keser, bu güç üretim sistemlerinin özel gereksinimlerine uyarlanır.
Pompalı depolama güç santrallerinde birden fazla senkronizasyon yaklaşımı bulunmaktadır.
Statik Frekans Dönüştürücüsü (SFC) Başlatma Şeması: Bu şema, HV tarafında bir ünite dönüştürücüsüne bağlı bir tiristör dönüştürücüsünden ve jeneratöre bağlı bir inverterden oluşmaktadır. Inverter, jeneratörün düşük güç frekansından çalışmasını başlatır ve onu adımlar halinde nominal güç frekansına çıkarır. Jeneratör güç üretmeye hazır olduğunda, ağ çıkışı ile arasında bir faz açısı farkı olabilir. Jeneratör ve HV ağı arasındaki faz açısı en aza indirildiğinde, jeneratör HV ağı ile ya jeneratör devre kesicisi ya da HV devre kesicisi kullanılarak senkronize edilir.
Sıralı Başlatma Şeması: Birden fazla jeneratörü olan bir güç santralinde, sıralı başlatma şeması kullanılabilir. Nominal koşullar altında çalışan bir jeneratör tarafından üretilen güç, durmuş bir jeneratörü nominal güç frekansına kadar başlatmak için kullanılır. Daha sonra, jeneratör HV ağı ile ya jeneratör devre kesicisi ya da HV devre kesicisi kullanılarak senkronize edilir.
IEC/IEEE 62271-37-13 standardına göre, bir jeneratör devre kesicisinin belirlenen kısa devre kapasitesi iki operasyon biriminden oluşur, her operasyon arasında 30 dakikalık bir aralık vardır. Kapasite "CO – 30 dakika – CO" olarak ifade edilir, bu iki tam kısa devre kesme anlamına gelir, her kısa devre kapanma olayı arasında 30 dakikalık bir boşluk bulunur.Bu tasarım, güç santrallerini ve jeneratörleri korumak için özel olarak tasarlanmıştır. Tam bir kısa devre sırasında ardışık iki kapatma-açma operasyonu, jeneratör ve yükseltici dönüştürücülerine zarar verebilir.
Bu tür kısa devreler oldukça olası değildir ve ayrıca bir işletmenin tam bir kısa devre olayından sadece 30 dakika sonra tekrar devreyi kapatmaya çalışması da çok olası değildir.
İki operasyon arasındaki 30 dakikalık aralık, devre kesicinin ilk koşullarını geri yüklemek ve bileşenlerinin aşırı ısınmasını önlemek için kritiktir. Bu süre, belirli bir operasyon tipine ve jeneratör devre kesicisinin karakteristiklerine bağlı olarak değişebilir.
