Etkin topraklanmayan şebekelerde koruma ve koordinasyon

Abstract

Elektrik dağıtım sistemlerinde kullanılan yeraltı kablosu yoğunluğu şehirleşme ve sanayileşme ile birlikte artmaktadır. Bu durum dağıtım sistemlerinde yönsüz koruma pratiğinin yetersizliğine ve yönlü koruma pratiğinin bazı durumlarda zorunluluk haline gelmesine yol açmaktadır. Yönlü koruma pratiği ilave ölçü trafoları gerektiği için geleneksel yöntemlere kıyasla daha maliyetlidir. Bu nedenle hangi durumlarda yönlü korumanın gerekli olduğunun bilinmesi önem arz etmektedir. Dağıtım sisteminde gerçekleşen arıza sırasında koruma röleleri tarafından görülen tek-faz toprak arıza akımının genliği hat uzunluğu ve nötr topraklama direncinden etkilenmektedir. Buna bağlı olarak dağıtım sistemleri etkin topraklanan şebeke ve etkin topraklanmayan şebeke olarak ikiye ayrılmaktadır. Etkin topraklanmayan şebekelerde kablo mesafesine bağlı olarak ortaya çıkan faz-toprak kapasitesi arıza akım genliği üzerinde temel belirleyici etken olmaktadır. Bu durum, sistemde kullanılan koruma rölelerinin seçiciliğinin kablo mesafesi ve topraklama direncine göre değerlendirilmesini gerektirmektedir. Bu tezde radyal dağıtım sisteminde gerçekleşen tek faz toprak arızası için yönsüz koruma pratiği ile seçici çalışma aralığı kablo mesafesi ve nötr topraklama direnci cinsinden incelenmiştir. Bu çalışmanın sistem operatörünün hatalı açmaların önüne geçme ve arz güvenliğini arttırma noktasında faydalı bilgi sağlaması hedeflenmektedir. Seçiciliğin sağlanamadığı aralıklar için literatürde kullanılan koruma algoritmaları kapsamlı bir şekilde araştırılmış ve örnek dağıtım sisteminde test edilmiştir. Yönlü koruma yöntemlerinin en uygun çalıştığı kablo mesafesi ve topraklama direnç değerleri belirlenmiştir. Yönlü koruma rölelerinin koruma koordinasyonu için sabit zamanlı röle karakteristiği seçilmiştir.With large scale urbanization and industrialization, underground cable usage in distribution system has increased. The extensive usage of underground cables results in non-directional protection practice unable to cope with distribution systems protection needs. Consequently, directional protection has become imperative. Directional protection is more expensive than conventional methods as additional instrument transformers are required. For this reason, it is necessary to know the cases in which directional protection is required. The amplitude of the fault current seen by the relays during the ground fault is affected by the neutral grounding resistance and the phase-to-earth capacity depending on cable length. Accordingly, distribution systems divided into two folds; these are effectively and non-effectively grounded systems. In non-effectively grounded systems the phase to ground capacity is the main determinant of the fault current amplitude. This requires evaluation of the selectivity of the protection relays used in the system according to the cable distance and grounding resistance. In this thesis, the selective ranges of the non-directional method are determined in terms of cable length and grounding resistance for the single line to ground fault. Though extensive analysis, useful information has been provided to prevent the system operators from false tripping and to increase the supply security. In addition, alternative protection algorithms used in the literature are critically analyzed and tested in a sample distribution system. Efficient operating range of various protection algorithms have been determined. For the protection coordination of directional protection relays the characteristics of the definite time in this thesis.