Pınar Mert  
SS Ürün Mühendisi  
Aktif Elektroteknik

Bu çalışmada aşırı gerilimlerin oluşumları, türleri, etkileri ve koruma yöntemleri açıklanmıştır.

I. GİRİŞ

Günümüzde elektrik enerjisinin kaliteli ve sürekli olması büyük önem taşımaktadır fakat bazı iç veya dış etkenlerden dolayı bu enerjisinin kalitesi ve sürekliliği bozulmaktadır.

Her güç sisteminin kendisine has çalışma gerilimi vardır. Bu çalışma geriliminin üzerindeki gerilim değerleri aşırı gerilimler olarak tanımlanmaktadır ve aşırı gerilimlerin genlikleri, işletme gerilimi tepe değerinin dört katına kadar yükselmektedir. Aşırı gerilimler, oluşum şekillerine göre gerilim yükselmeleri, iç aşırı gerilimler ve dış aşırı gerilimler olarak üç grup altında toplanabilirler.

Gerilim yükselmeleri, genel olarak işletme sırasında ortaya çıkan toprak arızaları, yük atmaları, rezonans ve ferro-rezonans gibi olaylardan kaynaklanır. İç aşırı gerilimler, devre açma-kapama, toprak ve faz kısa devreleri gibi olaylar sonucu olusan aşırı gerilimlerdir. Dış aşırı gerilimler ise atmosferik etkilerden kaynaklanan ve sisteme doğrudan yıldırım düşmesi ile ya da yıldırımın, sistem dışında bir noktaya düşmesi sonucu, etki ile ortaya çıkan gerilimlerdir.

Aşırı gerilimler, güç sistemlerinde aksama, yıpranma ve geçici veya kalıcı hasarlarlara neden olmaktadırlar. Bu gerilimlerin sınırlandırılıp, güç sistemlerinin korunmasında ilk akla gelen elemanlar aşırı akım koruma röleleri, parafudrlar, paratonerler, faraday kafesidir.

II. AŞIRI GERİLİMLER

Standart veya şartnamede tanımlanmış sınır gerilim değerinin üzerinde, ışık hızı seviyesinde yürüyen dalgalar şeklinde yayılan gerilimler aşırı gerilimler olarak tanımlanabilir.

Aşırı gerilimler oluşum şekillerine göre aşağıdaki şekilde sınıflandırılabilirler.

  • Gerilim yükselmeleri
  • İç aşırı gerilimler
  • Dış aşırı gerilimler

A. GERİLİM YÜKSELMELERİ

İşletme sırasında ortaya çıkan olaylardan kaynaklanan gerilim yükselmeleri, gerilimin genliğine ve etki sürelerine bağlıdır. Etki süreleri şebekenin yapısına bağlı olarak bir kaç saniyeden bir kaç saate kadar sürebilir ve gerilim yükselmeleri faz geriliminin 1,5 katına kadar çıkabilirler. Güç sistemlerinde kullanılan ekipmanlar gerilim yükselmelerine dayanacak şekilde boyutlandırılırlar ve koruma elemanlarının bu gerilim seviyelerinde devreye girmeleri beklenmez. Gerilim yükselmeleri güç sistemlerinde aşağıdaki olaylara bağlı olarak oluşurlar.

  • Jeneratör yükünün kalkması,
  • Jeneratörün kapasitif yüklenmesi
  • Hava hattının yükünün kalkması
  • Kapasitif devrenin açılması
  • Faz-toprak kısa devresi
  • Rezonans-ferrorezonans

B. İÇ AŞIRI GERİLİMLER

Sistemin kendi iç yapısından kaynaklanan iç aşırı gerilimler, periyodik olmayan değişime sahip darbe gerilimleri biçiminde kendilerini gösterirler. 220 kV gerilim mertebelerine ulaşan bu aşırı gerilimlerin, güç sistemlerinde yalıtım boyutlandırması yapılırken dikkate alınması gerekmektedir. İç aşırı gerilimler güç sistemlerinde aşağıdaki olaylara bağlı olarak oluşurlar.

  • Senkron jeneratör yükünün kalkması
  • Ferranti olayı
  • Kapasitif devrenin açılması
  • Fazların toprakla teması
  • Ferrorezonans

C. DIŞ AŞIRI GERİLİMLER

Dış aşırı gerilimler doğrudan yıldırım düşmesi veya etki ile elektriklenme gibi atmosferik nedenlerle ortaya çıkan gerilimlerdir. Yıldırımın gerilim, koruma hatlarına veya direğe düşmesiyle oluşan aşırı gerilimlere direk yıldırım düsmesiyle meydana gelen asırı gerilimler”, gerilim hattı dışında herhangi bir yere yıldırım düşmesiyle serbest kalan yük dalgasının her iki tarafa doğru hareketiyle meydana gelen aşırı gerilimlere de “tesirle elektriklenme suretiyle meydana gelen aşırı gerilimler” denir. Dış aşırı gerilimlerin genlikleri şebekenin yapısına, şebekenin karakteristik değerlerine ve yıldırım akımının büyüklüğüne bağlıdır.

Aşırı Gerilimler ve Koruma Yöntemleri
Aşırı Gerilimler ve Koruma Yöntemleri

Şekil 1. İşletme gerilimi ve aşırı gerilimlerin zamana bağlı değişimlerinin şematik gösterilimi

  1. İşletme gerilimi
  2. Gerilim yükselmesi
  3. İç aşırı gerilim
  4. Dış aşırı gerilim

III. PARAFUDRLAR

Parafudrlar, dış aşırı gerilimlere karşı güç sistemini korumak amacıyla kullanılan, korunacak hat iletkeni ile toprak arasına bağlanan koruma elamanlarından biridir. Yapısı gereği yalıtkan olan parafudrlar, yüksek akım ile karşılaştıklarında iletken duruma geçerek yüksek akımı toprağa iletirler ve sistemin yüksek akımdan zarar görmesini engellerler.

Parafudrlar için normal çalışma koşulları aşağıdaki şekilde tanımlanmaktadır.

  • Deniz seviyesinden yüksekliği 1000 m’den az
  • Ortam sıcaklığı -40˚ C ile +-40˚ C arasında olduğu
  • Ağır kirlenmenin söz konusu olmadığı ortamlar

A. Parafudr Çeşitleri

Yapılışlarına göre;

  • Değişken dirençli parafudrlar
  • Metal oksit parafudrlar
  • Borulu parafudrlar
  • Deşarj tüplü parafudrlar

Gerilimlerine göre;

  • Alçak gerilim parafudrları
  • Yüksek gerilim parafudrları

Tesisatın özelliğine göre;

  • Faz parafudrlar
  • Yıldız noktası parafudrlar
  • Özel amaçlı parafudrlar

B. Parafudr Tipinin Belirlenmesi

Parafudrların seçiminde; gerilim değeri, darbe anma akımı kısa devre akımı ve işletme ortam koşulları dikkate alınması gereken üç temel değerdir.

  • Parafudrun kapama yapabilmesi için gerilim değeri, koruduğu güç sistemindeki yalıtkanlığı en zayıf kısmın, delinme geriliminden daha küçük olmamalıdır. Aksi halde güç sistemindeki cihazlar zarar görür.
  • Yüksek gerilim sistemlerinde parafudrlar 5 kA ve 10 kA darbe akımına göre imal edilmektedir. Yıldırım akımının seyrek olduğu bölgelerde 5 kA, yoğun olduğu bölgelerde 10 kA darbe anma akımlı parafudrlar seçilebilir.
  • Yıldırım dışındaki başka işletme frekanslarında olan kaçak akımlar da parafudrları zorlamaktadır. Bundan dolayı parafudrların kısa devre akımı, kendisine en yakın kesici ya da ayırıcının kısa devre akımı değerinde veya bir üst değerde olmalıdır.

Aşırı Gerilimler ve Koruma Yöntemleri

Şekil 2. Dünya yıldırım haritası

C. Parafudr Bağlantıları ve Yardımcı Ekipmanlar

Parafudrlar korunmak istenen işletme aracının önüne, darbenin geliş yolu üzerine yerleştirimeli ve işletme aracı ile paralel olarak faz ve toprak arasına bağlanmalıdır. Parafudrun topraklaması, işletme aracının topraklamasına bağlanmış olmalıdır. Bağlantılar, köşe yapmadan, mümkün olduğunca kısa iletkenler ile yapılmalı ve topraklama geçiş dirençlerinin de olabildiğince küçük olmalıdır.

Parafudrların çalışmaları için zorunlu olmayıp, bazı ek işlevlerin yerine getirilmesi için kullanılan ekipmanlarda vardır. Bunlar parafudr ayırıcı, darbe sayıcı, bağlantı elemanları, korono halkaları, miliampermetre gibi elemanlardır.

Parafudr ayırıcıları, çoğunlukla dağıtım sistemlerinde toprak iletkenine seri bağlanarak parafudrları sistemden ayırmak için kullanılır. Ayırıcıların toprak bağlantısı esnek ve uzun bir kabloyla yapılmalı, parafudr bağlantı kelepçesi yalıtılmalıdır. Dağıtım sistemlerinde aşırı gerilim sonra erdikten sonra parafudr üzerinden akan arıza akımı devam ederse, parafudr ayırıcısı devreye girerek toprak devresini hattan ayırır ve arıza akımını keser böylece hattın kısa devre olması engellenmiş olur. Ayırıcısı çalışmış parafudrların değiştirilmesi gerekir. Sistemde parafudr ayırıcısı kullanılmamış ise parafudr iç bölümü de kısa devre olur ve yenisi ile değiştirilene kadar sistem enerjisiz kalır.

Darbe sayıcı, belirli bir değerin üzerindeki akım darbelerinin yani parafudrun çalışma sayısının görülmesini sağlamaktadır.

IV. SONUÇ

Güç sistemlerinde aşırı gerilimlere karşı koruma önlemlerinin alınmaması hem can hem mal kayıplarına neden olmaktadır. Bundan dolayı sistemin tasarım aşamasından itibaren aşırı gerilimlere karşı tüm koruma önlemlerinin alınmış olması gerekmektedir. Koruma elemanlarının seçimi yapılırken IEC standartları ile Tedaş yönetmelikleri dikkate alınmalı ve kaliteden ödün verilmemelidir. Unutulmamalıdır ki hiçbir şey insan hayatından daha değerli değildir.

KAYNAKLAR

[1] İSMAİLOĞLU, H., “Aşırı Gerilimler, Oluşumları, Etkileri ve Aşırı Gerilimlere Karşı Koruma”, 2009
[2] RYAN, H.M. (Ed.), “High Voltage Engineering and Testing (2nd Ed.)”, IEE-The Institution of Electrical Engineers, London, 2001.
[3] BAYSAL, C.B., “Aşırı Gerilimler ve Yıldırım”
[4] IEC 60099-4/2014-06 (Edition 3.0), “Surge Arresters- Part 4: Metal-oxide surge arresters without gaps for a.c. systems”.
[5] TEDAŞ-MLZ/96-019.A, “OG Sistemleri İçin Metal Oksit Parafudrlar Teknik Şartnamesi”, Şubat, 2015
[6] Milli Eğitim Bakanlığı, Parafudrlar ve Sigortalar 522EE0129,
[7] BÜYÜKKAPU, S., “OG/AG Elektrik Tesislerinde Aşırı Gerilimlere Karşı Koruma”, 2010

Paylaş: