Y.G. Sistemlerinde Yıldız Noktası Topraklaması

Özellikle 154 kV veya 35 kV Y.G.' den enerji alan ve kendisine ait bir Y.G. dağıtım tesisatı bulunan sanayi tesislerinde, yıldız noktasının toprağa göre durumu önemli bir konudur.

Yıldız noktası için dağıtım sistemlerinde dört çözüm kullanılmaktadır: </font>

Yıldız noktası yalıtılmış şebekeler.


Toprak teması kompanze edilmiş(dengelenmiş )şebekeler.


Yıldız noktası değeri düşük bir empedans (direnç) üzerinden topraklanmış şebekeler.


Toprak teması kompanze edilmiş ve geçici olarak yıldız noktası, değeri düşük bir empedans üzerinden topraklanmış şebekeler.

1. Yıldız noktası yalıtılmış şebekeler</font>



İzole yıldız noktası kullanmak en kolay ve ekonomik yoldur. Çünkü ilave yatırım gerektirmez. (Hata akımı kompanzasyonu ve topraklama sistemi gibi...) Toprak hatası durumunda elektrik cihazları ve oluşan sistemlerin kontrolünün yedekleme (redundance) ihtiyacı yoktur. Paralel giden kontrol ve haberleşme kabloları ile etkileşim ihtimali düşüktür.

Ama yine de yalıtılmış yıldız noktası, sanayi tesislerindeki uygulamalarda, sadece küçük kapasitif toprak hata akımları (ICE) için geçerlidir.

Uygulama sınırlarının en önemlisi, toprak hatası arklarının bastırılması ile ilgilidir.

ICE &lt; 10 A olan toprak hataları için, kablolu ve yalıtılmış yıldız uygulamalarına, ilave tedbirler almadan izin verilmesi tavsiye edilmez. Çünkü bu durumda ardışık toprak hataları tehlikesi vardır. Ardışık toprak hataları sisteme tehlikeli aşırı gerilimler sürerler ve başka hatalara neden olurlar. 10 A &lt; ICE &lt; 35 A aralığındaki kapasitif toprak hatalarında ise toprak hatası arkları çok daha durağandır ve kendi kendisini bastırabilmektedir.

ICE &gt;= 35 A olduğunda ise arkı bastırma özelliği ve güvenli durum ortadan kalkar. Kablolu sistemlerde, arklar yüzünden yalıtım malzemesinin tahrip olmasına engel olmak için hata akımlarının (ICE &lt; 35 A) 35 A' den büyük olmaması gereklidir. Bunu aşan değerlerde, iki ya da üç faz kısa devre ihtimali doğabilir. Bu nedenle de kapasitif toprak hata akımlarının ICE &lt;= 20 A ile sınırlandırılması gereklidir.

Bu limitlerin aşıldığı kablolu dağıtım sistemlerinde, yalıtılmış yıldız uygulanacaksa çok hızlı çalışan hata yeri koruma cihazları, çok hassas geçici toprak arıza röleleri kullanılması gerekecektir.

2. Toprak teması kompanze edilmiş (dengelenmiş )şebekeler</font>



Toprak teması kompanze edilmiş (dengelenmiş )şebekelerin yıldız noktası topraklaması, sanayi tesislerinde en çok kullanılan yöntemdir.

Bu yöntemde asıl amaç toprak hata akımı oluştuğunda beslemeyi kesmeden devrenin çalışmasına devam edebilmesidir. Bunun için kapasitif toprak hata akımı yıldız noktasına uygulanan bir bobin ile kompanze edilir. Geriye çok küçük bir artık akım kalır. Hata yerinden bu Ir artık akımı akar. Bu artık akım için şu eşitlik verilebilir:



ICE : Kapasitif toprak hata akımı
IL : İndüktif bobin (reaktör) akımı
Irw : Etkin artık akım
Irv : Artık akımın harmonik bileşeni (v sırasındaki harmonik için)

v = 0 için ICE = IL yapıldığında, bir kablolu dağıtım sistemindeki artık akım için
Ir (v=0) = 0.08 x ICE eşitliliği kullanılabilir.



Bu yöntemde, yalıtılmış yıldız noktası yönteminin tersine, fasılalı toprak hataları oluşmaz.
Toprak hata arkının bastırılmasından sonra oluşan gerilim tekrar ark meydana gelmesine yol açmaz.
Kendi kendini bastıramayan toprak hata arkları için DIN VDE 0105 'de belirtilen uygun önlemler alınarak hata yeri bulunabilir.
Oldukça küçük toprak hata akımları meydana geleceğinden, hata yerini belirlemek için çok zaman kazanılmış olacaktır.

Bu sistemde, toprak hatasını belirlemek üzere yüksek hassasiyette transient hata röleleri tavsiye edilir.
Ayrıca, kesin hata yeri için dijital zamana bağımlı aşırı akım koruma cihazları kullanılmalıdır.
Bunun için toprak hata akımı ve artık gerilimin ölçülmesi için hassas transducer' ler gereklidir.


3. Yıldız noktası değeri düşük bir empedans (direnç) üzerinden topraklanmış şebekeler</font>



Bu yöntemde amaç, tek fazlı toprak hatalarında faz kısa devrelerinde olduğu gibi beslemeyi selektif olarak kesmektir.

Bu yöntemle ilgili olarak aşağıdaki önlemlerin alınması gereklidir.




Toprak hata akımı yüzünden besleme kesileceği için prosesle ilgili yedek makine, yedek besleme veya yedek besleme hattı önlemleri alınmalıdır.



Her toprak hatası koruma cihazları tarafından izleneceğinden aşırı akım ve diferansiyel koruma için üç fazın da akım trafosu ile donatılması gerekecektir. Sabit zamanlı (I&gt aşırı akım rölelerinde, hata akımı değerinin akım trafosu nominal değerini aşması gerekmektedir. Bu durumda min. hata akımı 300 A veya 400 A değerlerini geçmesi gereklidir.




Genel olarak yüksek dirençli toprak hataları akımın yükselmesine engel olduğu için sıfır akımla çalışan koruma cihazları tavsiye edilmektedir. Bunu sağlamak için kablo tipi akım trafoları gerekli olmaktadır.

Ayrıca düşük empedanslı yıldız toprağı olan sistemlerde, dijital aşırı akım röleleri ile akım trafosunun nominal akımının % 10' u seviyelerindeki akımlarla bile açma işlemi sağlanabilmektedir.



Dağıtım sistemindeki dijital koruma cihazlarını tam anlamıyla selektif kullanabilmek için simülasyon programı ile hesaplama yapmak gerekebilir.



Bu yöntemdeki akım değerleri diğerlerinden büyük olduğu için can güvenliği yönünden trafo ve tesislerdeki temas gerilimlerinin değerlendirilmesi de önem taşımaktadır.



Toprak hata akımlarının sınırlandırılması, bu yöntemde direnç ile sağlanmaktadır. ICE akımlarının hata akımı üzerindeki etkisi hayli azdır. Sınırlama reaktans ile yapıldığında bir fazlı toprak hata akımlarının ICE değerinden hayli büyük tutulması gerekir ki güvenli bir çalışma limiti üzerinde kalınabilsin.
Sanayi tesislerindeki etkileşim, topraklama problemleri, yüksek gerilim motorlarının tahrip olması nedeniyle I"k(l)&gt;&gt;ICE şartını sağlamak da mümkün olmamaktadır.



Yıldız noktası direnç değeri t= 5 ... 10 s aralığındaki yüklenmeler için hesaplanmaktadır. Hesaplanan direnç değerinin bu süre içinde oluşan toprak hata akımı ısıl yüklerine dayanacak seviyede olması gereklidir.



Yüksek gerilim motorları kullanılan orta gerilim tesislerinde, düşük empedanslı yıldız topraklaması tercih edilmesi durumunda, bir fazlı toprak hata akımlarının 200 A' e sınırlandırılması önerilmektedir. Aksi halde yüksek gerilim motorlarında stator sargılarının yanması , rotor çekirdeğinin tahrip olması söz konusu olabilmektedir.





Yukarıda belirtilen hususlar göz önüne alınır ve ilgili şartlar sağlanırsa sanayi tesislerinde düşük empedanslı yıldız topraklaması uygulanabilir.

Ülkemizde YG/OG trafolarının nötr topraklama direnci uygulaması ile ilgili dengesiz beslemedeki röle koordinasyonu ve seçicilikte karşılaşılan olumsuzluklar nedeniyle bu konudaki ilgili kurumlarca ; toprak akımını sınırlamak amacıyla nötr topraklama direnç değerinin 1000 A (20 Ohm) 5sn. olması kararlaştırılmış olup uygulamalar bu şekilde yapılmaktadır.

Ancak bu durumda toprak hataları oluştuğunda potansiyel sürüklenmesi ve yüksek gerilim motorlarının tahrip olması riski vardır.Konunun ilgili kurum ve kuruluşlarca oluşturulacak bir çalışma grubunca incelenerek,en kısa zamanda çözüm önerileri getirilmesinin gerekli olduğunu düşünmekteyiz.


4. Toprak teması kompanze edilmiş ve geçici olarak yıldız noktası, değeri düşük bir empedans üzerinden topraklanmış şebekeler</font>



Bu yöntem toprak teması kompanze edilmiş ( dengelenmiş )şebekeler ve yıldız noktası değeri düşük bir empedans ( direnç ) üzerinden topraklanmış şebekeler yöntemlerinin karmasıdır. Bir fazlı toprak hatası olduğunda önce rezonans devresi fonksiyonel olacaktır.

Toprak hatası akımları, kendi kendini bastıramayan arklar oluşturursa resimde görülen şalterin kapatılmasıyla düşük empedanslı yıldız modeline dönüştürülür ve otomatik açma gerçekleştirilir. Direncin devreye girişi manuel veya otomatik olabilir.


kaynak:Levent Dirlik ( Elektrik Yük. Mühendisi )