''Dağıtıma Bağlı Üretim Santrallerindeki Generatör Step-Up Trafolarında Nötr Dirençleri Gerekli Midir?'' Tahsin Yüksel ARMAĞAN - Kurucu Ortak

TÜRKOTED Enerji Bülteni Temmuz-Ekim 2018 Sayı:1

Dağıtıma Bağlı Üretim Santrallerindeki Generatör Step-Up Trafolarında

Nötr Dirençleri Gerekli Midir?

Ülkemizde Step-up transformatörleri yüksek gerilim tarafının yıldız (nötrü dışarı çıkarılmış) YNd11 bağlantılı olarak tesis edilmesi ve nötr noktasına, bağlı olduğu iletim TM’ ndeki 154/33 kV transformatörün nötr direncine eşdeğer bir direncin bağlanması da istenmektedir. Bu husus herhangi bir yönetmelikte olmamasına rağmen istenmiş ve sebebi “üretim tesisinin bağlı olduğu sistemde meydana gelecek bir toprak arızasına tüm üretim tesislerinin de iştirak etmesi gerektiği” şeklinde açıklanmıştır. Bugüne kadar yapılan santraller, büyüklüğüne bakılmaksızın (bazı özel durumlar dışında) bu açıklama dikkate alınarak tesis edilmiştir. Ancak işletme esnasında bu şekilde tesis edilen nötr dirençlerin mahsurlu olduğu görülmüştür.

A. Bunun sebepleri;

TM’ lerinde, genellikle 154/34,5 kV, 50/63 veya 80/100 MVA transformatörler bulunmaktadır. 154/34,5 kV TEİAŞ TM’lerine bağlı ENH’ larında ve ENH’ nın bağlı olduğu kırsal kesim dağıtım sisteminde, bakımların zamanında ve tam olarak yapılamaması gerekse kullanılan malzemelerin yeterli kaliteye sahip olmaması ve arızalananların değiştirilmemesi, gibi sebepler ile toprak kısa devreleri veya kısa devreye ulaşamayan toprak kaçakları olmaktadır.

1. Toprak kısa devreleri;

Toprak kısa dereleri röleler üzerinden arızalı ENH’ nı besleyen kesiciyi açtırabilmektedir. Açma süresinin algılama ve açtırma dahil toplam 2-3 sn. olduğunu kabul edersek, bu zaman içinde toprak kısa devresi olan iletkenin fazında 17 kV’ a kadar gerilim düşümü olurken diğer iletkenleri fazlarında 60 kV’ a kadar gerilim yükselmeleri olmaktadır. Bu kısa devrenin toprak kısa devresi bulunan hat kesicisini açtırmasına rağmen açma süresi içinde gerilim düşme veya yükselmeleri aynı transformatöre bağlı olan ve röle kombinasyonları ile ayarları daha duyarlı olan üretim tesislerine yansımaktadır. Santralin arızalı dağıtım ENH ile aynı transformatöre bağlı olması halinde toprak kaçak akımı santraldeki nötr direnci üzerinden de geçerek rölesin üzerinden kesicisini açtırması ile santral devre dışı kalmaktadır.

2. Toprak kaçakları;

Dağıtım Sisteminde çeşitli sebepler ile toprak kısa devreleri veya kısa devreye ulaşamayan toprak kaçakları olmaktadır. Kısa devreye ulaşamayan toprak kaçakları ise bazen kısa süreli ve düşük akımlı olmasına rağmen TEİAŞ TM’lerde mevcut olan eski tip elektromekanik röleler veya yeni tip rölelerin ayar akımı yüksekliği sebebi kesiciyi açtıramamaktadır. Bu zaman içinde toprak kaçağı devam etmekte ve toprak kaçağı olan iletkenin fazında 20-25 kV’ a kadar gerilim düşümü olurken diğer iletkenleri fazlarında 45-50 kV’ a kadar gerilim yükselmeleri olmaktadır. Bu olayda da toprak kaçak akımı santraldeki nötr direnci üzerinden de geçerek santrali devre dışı bırakmaktadır.

3. Röle Ayar Hataları;

TEİAŞ TM’ lerindeki 34,5 kV çıkış fiderlerindeki rölelerin toprak kısa devre ayarları uygun yapılmasına rağmen aşırı akım ayarları düşük akımlı faz– toprak temas veya sızıntılarında ki akım sınırları dışında yüksek ayarlanmaktadır. Bu da meydana gelen toprak arızalarına röleyi çalıştırmakta ve kesiciyi açtırmamaktadır.

B. Çözüm Yolu;

1. Rölelerin daha iyi ayarlanması veya değiştirilmesi;

TEİAŞ ile yapılacak görüşmeler ile fiderlerdeki rölelerin toprak kısa devre ve aşırı akımları daha hassaslaştırılabilir veya dijital röleler ile açma zamanları daha kısaltılabilir.

2. Step-up trafolarının üçgen/yıldız (Şebeke/ ünite) olarak tesis edilmesi ve nötr direnci konulmaması;

Dağıtım sistemine bağlı ünitelerin step-up trafoları üçgen/ yıldız Dyn11 (Şebeke/ ünite) olarak tesis edilerek nötr direnci konulmamalıdır.

C. Nötr Dirençlerinin Dağıtım Sistemine etkileri;

TEİAŞ TM’ ndeki 154/33 kV, 100 MVA transformatöre yerine göre en az 10 adet küçük güçlü kojenerasyon santralinin bağlanması gerekmiştir. Bu santrallerin her birinde toprak kısa devre akımını sınırlayan 20 şer ohm’ luk nötr dirençleri olduğuna göre bu trafoya bağlı topraklama sisteminin toplam direnci ca. 1,8 ohm olacaktır. Bu durumda her ne kadar TM’ ndeki ve üretim tesislerindeki toprak kısa devre akımları 1000 A. İle sınırlanacak olsa da kısa devre noktasındaki akımlar çok fazla bir değer ile (ca. 11 kA yanı 11 katı) olacaktır. Lisanssız üretimler sebebi ile TM’ ndeki transformatöre bağlı nötr direnç miktarı da artacağından toplam direnç çok daha fazla düşecek ve sistem çok hassaslaşacağı gibi kaynak noktasındaki toprak kısa devre akımı da çok yüksek olacaktır.

D. Önerilerimiz;

2.500 kWe gücüne kadar olan generatörler 0,4 kV olarak imal edilmektedir. Bu genaratörlere ait yükseltici transformatörlerin 0,4/33 kV- Üçgen/Yıldız olarak tesis edilmesi halinde üretim ünitesine ilk start verilmesi için şayet tesiste başkaca bir transformatör ya da yardımcı transformatör yoksa sistemden alınan üçgen bağlı 0,4 kV için ayrı bir 0,4/0,4 transformatöre gerek duyulmaktadır. Ayrıca tüketim tesislerinin mevcut tüketim trafolarının A.G. ana panosuna bağlanan üretim üniteleri için de nötr direnci tesis edilememektedir. Oysa yükseltici transformatörün 0,4/33 kV yıldız/üçgen yapılması bu mahsurları da ortadan kaldıracaktır. Bu durumda toprak arıza akımlarını yakalamak için girişte veya baralarda kullanılacak açık üçgen sargılı gerilim trafosuna bağlı Residüel gerilim rölesi (59Vo veya 59 N) kullanılabilir. Özetle; Avrupa ülkelerinde de olduğu gibi toplam santral gücü 30 MWe ve her bir ünite için 5 MWe üretim gücünden yüksek olmayan dağıtım sistemine bağlı üretim tesisleri ile mevcut tüketim trafolarına bağlanacak 0,4 kV üretimli generatörü olan üretim tesislerine Nötr direnci veya topraklama transformatörü konulmaması yararlı olacaktır.

TAHSİN YÜKSEL ARMAĞAN

Elk. Y. Müh. (YTÜ 1963/65)