Güneydoğu Asya EHV Elektrik Şebekeleri için Akım Sınırlayıcı (FCL) ve Tek Faz Otomatik Yeniden Kapatma (SPAR) İçin İşbirlikçi Çözüm

1. Giriş: Araştırma Arka Planı ve Önemi​
   Güneydoğu Asya'daki hızlı ekonomik gelişimle birlikte, elektrik ağlarının ölçekleri sürekli genişliyor ve yükler artıyor. Bu durum, sistem kısa devre akımlarının devre kesicilerin kesme kapasitesi sınırlarına yaklaşmasına veya hatta aşmasına neden oluyor, bu da elektrik ağlarının operasyonel güvenliği ve istikrarını ciddi bir şekilde tehdit ediyor. Ayrıca, EHT (Ekstrem Yüksek Gerilim) iletim hatları bölgesel elektrik bağlantılarının omurgasını oluşturur. Tüm arızaların %70'inden fazlası tek faz topraklama arızasıdır ve bunların yaklaşık %80'i geçici arızalardır (örneğin, yıldırım vuruşu, rüzgarla taşınan yabancı maddeler). Tek Faz Otomatik Yeniden Bağlantı (SPAR) teknolojisi, arızaları hızlı bir şekilde temizlemek, elektrik sağlayışı yeniden kurmak ve ağın istikrarını ve güvenilirliğini sağlamak için önemli bir yöntemdir.

Kısa devre akımlarını baskılamak için etkili önlemler olan Akım Sınırlayıcılar (FCL), özellikle maliyet etkin metal oksit absorber (MOA) tipi FCL'ler, EHT ağlarında kademeli olarak uygulanmaya başlanmıştır. Ancak, mevcut araştırmalar genellikle FCL'lerin sistemin geçici istikrarı ve röle koruması üzerindeki etkisine odaklanmış, SPAR başarı oranlarına potansiyel olumsuz etkilerini göz ardı etmiştir. Bu öneri, FCL ile SPAR arasındaki etkileşimi derinlemesine analiz ederek ve Güneydoğu Asya elektrik ağları için uygun bir dizi işbirliği kontrol stratejisi önererek bu araştırma boşluğunu doldurmayı amaçlamaktadır. Bu stratejiler, hem etkili akım sınırlandırma hem de güvenilir güç sağlayışını sağlar.

​1. Metal Oksit Absorber Tipi FCL'nin Çalışma Prensibi​
Bu tür FCL, aşağıdaki bileşenlerden oluşur ve "normal çalışmadur düşük empedans, arızada yüksek empedans" çekirdek işlevini gerçekleştirmek için birlikte çalışır:

Çalışma Akışı: Normal sistem çalışması sırasında, Lf ve Cf rezonans halindedir → FCL empedansı neredeyse sıfırdır → güç akışına herhangi bir etkisi yoktur. Kısa devre arızası olduğunda, MOA hızlı bir şekilde harekete geçerek Cf'yi kısa devreler → akım kısıtlayıcı reaktör L sisteme dahil edilerek kısa devre akımı bastırılır → tetikleme boşluğu çöker ve yan geçiş anahtarı K'yi kapatma sinyali gönderir → K kapandıktan sonra, MOA'yı korumak için akımı yönlendirir.

​2. Sorun Analizi: FCL'nin İkincil Yay Akımı ve SPAR Üzerindeki Olumsuz Etkileri​
İkincil yay akımı, SPAR işlemi sırasında arızalı faz devre kesicisinin açıldığı anda arızalı noktayı sürdürmeyi devam eden akımdır, sağlıklı fazlardan elektromanyetik ve elektrostatik eşleme ile beslenir. Bu akımın büyüklüğü ve özellikleri, arızalı yayın kendiliğinden söndürülüp söndürülemeyeceğini doğrudan belirler, bu da SPAR başarısı için kritiktir.

Simülasyon analizi (EMTP üzerine dayalı, model parametreleri Güney Çin 500 kV sistemine referans alınarak) FCL'nin yeni sorunlar getirebileceğini göstermektedir:

• Yanal Geçiş Anahtarı (K) Zamanlaması Etkisi: Devre kesicinin açıldığı sırada yan geçiş anahtarı K açık ise, ikincil yay akımı büyük genliği (225 A'ya kadar), yavaş azalma ve çok düşük frekansta (yaklaşık 3–3.25 Hz) bir bileşeni içerecektir. Bu düşük frekanslı bileşen, akım sıfır geçişlerinin sayısını önemli ölçüde azaltarak, yayın kendiliğinden söndürülmesini zorlaştırır ve SPAR başarı oranını belirgin şekilde düşürür.
• Yay Yolu Direnç (Rg) Etkisi: Arızalı noktadaki geçiş direnci büyük (örneğin, 300 Ω) olduğunda, kısa devre akımı küçük olabilir, bu da hat ucundaki FCL'nin aktive olmasını engelleyebilir (MOA çalışma gerilimine ulaşmaz). Bu durumda, Cf kısa devrelenmez ve hat paralel reaktörüyle düşük frekanslı bir osilasyon devresi oluşturur, bu da yayın sönmüş olması için zararlı olan düşük frekanslı bir bileşen üretir.

​3. Mekanizma Araştırması: Düşük Frekanslı Bileşenin Kökeni​
Eşdeğer empedans ağları ve Laplace dönüşümleri kullanılarak yapılan teorik analiz, düşük frekanslı bileşenin arkasındaki mekanizmayı ortaya koymaktadır:
Temel neden, FCL'deki kondansatör Cf'dir. Devre kesicinin açıldığı ve arızalı faz izole edildiği sırada, Cf'de depolanan enerji, hat paralel reaktörü ve arızalı nokta yay direnci aracılığıyla boşalır. Bu boşalma devresi, düşük frekanslı bir osilasyon devresi oluşturur, osilasyon frekansı (yaklaşık 3 Hz) çoğunlukla Cf ve hat paralel reaktörü parametrelerine bağlıdır, arızanın konumundan bağımsızdır. Bu düşük frekanslı osilasyon, yan geçiş anahtarı K'nin tamamen kapalı kalması ve Cf'nin tamamen kısa devrelenmesiyle sona erer.

​4. Temel Çözüm: FCL ve SPAR İçin Zamanlama Koordinasyon Stratejisi​
FCL'nin etkili akım sınırlandırmasını sağlarken SPAR'yi etkilememesi için, bu öneri, toplam sürenin 0.66–0.73 saniye arasında kontrol edilen aşağıdaki hassas zamanlama koordinasyon stratejisini önermektedir:

Strateji Çekirdeği: Röle korumasından gelen devre kesicileri açma sinyali, yan geçiş anahtarı K'nin hızlı bir şekilde zorla kapatılmasını ve ikincil yay yanma süresi boyunca (yaklaşık 0.2 saniye) kapalı kalmasını sağlar. Bu, Cf'yi tamamen kısa devreler, ikincil yay akımındaki düşük frekanslı osilasyon bileşenini tamamen ortadan kaldırır ve yayın kendiliğinden söndürülmesi için elverişli koşullar yaratır.

​5. Şema Etkinliği ve Avantajları​
EMTP simülasyonları, bu zamanlama koordinasyon stratejisinin aşağıdaki sonuçları elde ettiğini doğrulamıştır:

1. Düşük Frekanslı Zararın Ortadan Kalmasında: İkincil yay akımındaki 3 Hz düşük frekanslı bileşeni tamamen ortadan kaldırır, yayın sönmüş olması üzerindeki olumsuz etkilerini önler.
2. Yay Söndürme Özelliklerinin Optimizasyonu: İkincil yay söndürme süresini yaklaşık %4.5 azaltır ve güç frekanslı bileşen akımını %10.5 azaltarak, SPAR başarı oranını önemli ölçüde iyileştirir.
3. Uyumluluk ve Güvenilirlik: Strateji, sistemin orijinal gerilim kurtarma özelliklerini etkilemez ve FCL güvenliği (MOA'yı koruma) ile hızlı kurtarma ihtiyaçları arasında denge sağlar.
4. Uygulanabilirlik ve Ucuza Maliyet: Mevcut koruma sinyallerine dayalı olarak, strateji ikincil sistemlerde minimal değişiklik gerektirir, düşük maliyetlidir ve Güneydoğu Asya ülkelerindeki mevcut veya yeni EHT projelerine uygundur.

​6. Sonuç ve Öneriler​
Metal oksit absorber tipi FCL ile planlanmış veya donatılmış Güneydoğu Asya EHT elektrik ağları için, ikincil yay akımlarındaki düşük frekanslı osilasyonun potansiyel sorununu ciddiye almak, SPAR başarı oranlarını düşürme ve elektrik sağlayışının güvenilirliğini tehdit etme riskini önlemenin çok önemlidir.