OG Şebekelerinde Topraklama Yöntemleri

ÖZET

Bildirimizde, yıldız noktası topraklama yöntemlerini kısaca açıklayacak ve nötr noktasının direnç üzerinden topraklanmasının nedenlerine ve faydalarına değineceğiz. Ülkemiz OG şebekesini ve bir generator uygulamasını örnek olarak bilgilerinize sunacağız.

GİRİŞ

OG şebekelerde oluşan kısadevrelerin çoğunluğu faz-toprak kısadevresidir. Faz toprak kısadevresinde akacak olan arıza akımının şiddeti yıldız noktasının muamelesine bağlıdır. Bu nedenle yıldız noktasının topraklanma yöntemi çok büyük önem taşımaktadır. OG şebekelerinde uygulanan başlıca topraklama yöntemleri :

1. Nötr noktası direkt topraklanmış OG şebekeler
2. Nötr noktası düşük değerde direnç ile topraklanmış OG şebekeler
3. Nötr noktası yüksek değerde direnç ile topraklanmış OG şebekeler
4. İzole şebekeler
5. Nötr noktası söndürme bobini ( Petersen Bobini ) ile topraklanmış OG şebekeler
6. Nötr noktası zigzag transformatör vasıtasıyla direnç ile topraklanmış OG şebekeler

Nötr Noktası Direkt Topraklanmış OG Şebekeler :

OG şebekelerinde direkt topraklama tercih edilmeyen bir topraklama yöntemidir. Zira faz toprak kısadevresinde çok yüksek değerde bir toprak arıza akımı akacaktır. Tesisatta büyük bir maddi hasara sebep olması olasıdır. Koruma organlarının çok hızlı devreyi açması gereklidir.

Nötr Noktası Düşük Değerde Direnç ile Topraklanmış OG Şebekeler :

Yıldız noktası omik direnç üzerinden topraklanmaktadır. Böylece toprak akımı müsaade edilen değere sınırlanmaktadır. Genelde şebekede dirençli toprak kaçakları oluştuğundan akım daha düşük seviyelere indirgenmektedir ve yıldız noktası kayması akacak olan bu akımla orantılıdır.

Yıldız noktası düşük değerde omik direnç üzerinden topraklanması yöntemi OG şebekelerde trafo nötr topraklanmasında uygulanır. Hattı besleyen trafonun yıldız noktasına irtibatlandırılır. Eğer ki hattı birkaç trafo parallel besliyor ise direnç değerinin azalmaması için dirençlerden bir kısmı ayırıcı ile devre dışı edilmelidir.

Enerji girişindeki akım trafosu arıza akımını görerek koruma rölelerin çalıştırmaktadır. Bu yöntem koruma koordinasyonu sağlar ve koruma organlarına zaman kazandırır. Geçici anlık kısa devrelerde de koruma organlarının devreyi açmasını ve tesisatın enerjisini kesmesini engeller.

Amerika şebekelerinde genelde düşük direnç ile nötr noktası topraklama yöntemi tercih edilmektedir.

Ülkemizde de 36kV dağıtım şebekelerinde 36/√3kV , 1000A , 20Ω , 5sn dirençler kullanılmaktadır.

Nötr Noktası Yüksek Değerde Direnç ile Topraklanmış OG Şebekeler:

Yıldız noktası arıza akımını 10A mertebelerinde sınırlandıracak değerde bir omik direnç üzerinden topraklanmaktadır.

Bu yöntem generatör nötr topraklanmasında uygulanır. Böylece generatörün sargılarında oluşabilecek hasar azaltılır.

İzole OG Şebekeler:

Yıldız noktasının izole bırakılması yöntemi kablo dağıtım ağı küçük boyutta olan şebekelerde uygulanmaktadır. Zira kapasitif toprak akımları düşük seviyelerdedir ve arıza akım seviyesini şebeke iletkenleri ve toprak arasındaki kapasite değeri tespit eder. Bu durumdan yararlanılarak yıldız noktası izole bırakılır. Toprak kaçağı artık gerilim koruma düzeni ile ihbar edilir. Fabrikaları besleyen 34,5/6,3kV trafoların 6,3kV trafo yıldız noktası izole bırakılır. Böylece 6,3kV şebekede ve bilhassa 6,3kV motor sargılarındaki toprak kaçağı akımı miliamper seviyelerinde olacağından çok pahallı olan motor saç paketi tahrip olmayacaktır. Aynı zamanda adım gerilimleri oluşumu söz konusu değildir.

Örneğin Çimento fabrikalarının 20MVA 34,5/6,3kV veya iplik fabrikaları 15MVA 34,5/6,3kV trafolarının sekonder sargılarının yıldız noktaları izole bırakılmış ve uygun rölelerle izole şebeke tesisatı tesis edilmiştir.

Bu sistem Avrupa’da fabikaların 400V–525V–690V şebekelerinde de uygulanmaktadır ve toprak arızası izolasyon rölesi ile ihbar edilmektedir. Fabrikaların yıldız noktalarının izole bırakılmasının faydası faz toprak kısadevresi oluştuğunda koruma organları tarafından devrenin açılmaması imalat programına uygun bir zamanda arızanın giderilebilinmesidir. 6,3kV tesisatta ise devre arıza anında açtırtılır zira o gerilim seviyesinde hayati tehlike sözkonusudur.

Ancak uzun mesafeli kablo şebekelerinde bu yöntem tavsiye edilmemektedir. Arıza akımı akmaya devam eder ve bu esnada yüksek değerde transient gerilimlerin oluşması ihtimali vardır. Oluşan yüksek gerilimin şebekenin başka bir noktasında izolasyonu delme ve yeni bir toprak arızasına sebep olma riski de vardır. Bu durumda arızalı 2 nokta arasında çok yüksek hata akımları akar ve 2 noktada maddi hasar oluşmasına sebep olur.

Ayrıca yıldız noktasının kaymasından dolayı arıza anında faz toprak gerilim seviyesi faz faz gerilim seviyesine yükselebilir. Bu nedenden dolayı izolasyon seviyeleri bu durum göz önünde bulundurularak seçilmesi gereklidir.

Nötr Noktası Söndürme Bobini ile Topraklanmış OG Şebekeler:

Şebekeyi besleyen trafonun yıldız noktası izole olması halinde toprak kısadevre akımı seviyesini şebeke iletkenleri ve toprak arasındaki kapasite değeri tespit eder. Bu prensibten istifade edilerek şebeke – toprak kapasitif direnç değerine eşdeğer bir indüktif direnç ile trafo nötr noktası topraklanır. Toprağa akacak olan arıza akımı kompenze edilerek sıfırlanmaktadır. Bu bobin mucidinin ismi ile Petersen bobini olarak isimlendirilir. Almanya şebekelerinde genelde Petersen bobini topraklama yöntemini tercih edilmektedir. Bu methodun zaman içinde bir takım mahsurları gözlenmiştir.

Bu metodun sakıncası şebekedeki şalt operasyonları ile şebeke boyutu ve buna orantılı şebeke kapasite değeri değişmekte, toprak akımını söndürme tam gerçekleşememektedir. Önlem olarak rezonans röle kumandalı, servo motor tahriki ayarlı Petersen bobinleri üretilmekte ve tesis edilmektedir. Maliyeti yüksek br çözümdür. Kurulumu yüksek maliyetlidir ancak sağlıklı çalıştığında şebeken arıza akımlarının akmayacağı bir çözümdür.

Nötr Noktası Zigzag Trafo ve Direnç Ile Topraklanmış OG Şebekeler:

Eğer ki trafonun sekonder sargısı üçgen bağlı ise ve yıldız noktası topraklanması yöntemi ile faz toprak kısadevresi koruması yapılmak istenir ise yıldız noktasına bir zigzag trafo monte edilir ve zigzag trafonun yıldız noktasına direnç bağlanması suretiyle yıldız noktası direnç ile topraklanmış şebeke tesis edilmiş olunur.

Örnek 1:

Ülkemizde de 36kV dağıtım şebekelerinde 36/√3kV , 1000A , 20Ω, 5sn dirençler kullanılmaktadır.

Direnç 1000A değerinde imal edilmektedir ama koruma organlarının hassas çalışabilmesi için akım trafosu 200/5A değerinde seçilmektedir.

Örnek 2:

Uygulamalarda 6,3kV generatörlerin yıldız noktası direnç üzerinden topraklanarak arıza akımı 10A seviyesine çekilir.

Sonuç:

Bildirimizde OG şebekelerde uygulanan topraklama metodlarına kısaca değinerek, hangi şebekede hangi topraklama yönteminin uygulanacağını belirtmeye çalıştık. Görüldüğü üzere her yöntemin sağladığı faydası yanında istenmeyen özelliği de olabilmektedir. Tesisat incelenip ona uygun bir topraklama yöntemi seçilmelidir. Sonuç olarak ülkemizde kullanılan nötr noktasının direnç ile topraklanmasının faydalarını aşağıdaki şekilde özetleyebiliriz:

• Toprak arıza akımını direnç ile sınırlandırarak trafolarda, generatörlerde ve tesisatta oluşacak hasarı azaltır.
• Toprak arıza akımını direnç ile sınırlandırarak, akımın üzerinden aktığı ekipmanların yıpranmasını azaltır.
• Adım geriliminin oluşmasını azaltır.
• Kısadevre oluştuğunda anlık gerilim çökmesinin şiddetini azaltır.

Referanslar:

• AEG Hilfsbuch
• Ergun Elektrik Kataloğu

 

Doğan Ergun, Elektrik Y. Mühendisi / Didem Ergun Sezer, Elektrik Mühendisi
Ergun Elektrik A.Ş. , Bornova İzmir
ergun@ergunelektrik.com / didem@ergunelektrik.com