Yüksek Gerilim Trafo merkezleri güç sistemlerinin en önemli bileşenidir. Çoğu güç sistemleri, tek bir trafonun devre dışı kalması göz önüne alınarak tasarlanır. Bir dahili trafo arızasının olduğu durumlarda, arızanın giderilmesi çok uzun sürebilir.
Bir ekstra yüksek gerilim(EHV) oto-trafolarının kesintiye uğraması, şebeke kayıplarının önemli ölçüde artmasına neden olacaktır.
Jeneratör yükseltici trafonun devre dışı kalması ise, meydana gelen kaybı telafi etmek için daha pahalı güç üreten birimler kullanmayı gerektirecektir.
Kısa arıza telafi süreleri, hasar ve onarım süresinin azalmasına katkıda bulunur.
Trafo koruması; güç trafolarında meydana gelen arızalardan kaynaklanan hasar ve sistem bozukluğunu sınırlamak ve önlemek için tasarlanmıştır. Çoğu trafo koruma sistemi, trafoya bağlı barajlarda yedek koruma sağlamalıdır. Bazen de trafo koruma sistemi, trafoya bağlı baraların ana korumasıdır. Birçok durumda ise, trafo koruma sistemi bu baralara bağlı enerji hatları için yedek koruma sağlar.
Trafo koruma sistemleri birçok şekilde tasarlanabilir. Jeneratör yükseltici trafolar ve YG oto-trafolar genellikle gelişmiş bir koruma sistemine sahiptir. Genellikle küçük dağıtım trafoları ise sadece sigorta korumalarına sahiptir.
1- Yüksek Gerilim Trafo Arızaları ve Anormal Koşulları
Trafo koruması; anormal koşullar ve harici arızalarda çalışıp çalışmayacağını tespit etmeli ve belirlemelidir. Dahili arızalarda, trafo korumasının arızaları tespit etmesi ve ilgili devre kesicilerin devreye girmesini sağlaması gerekir. Bu gibi durumlarda, devre dışı kalmış trafolar manuel kontrol olmaksızın tekrar enerjilenmemelidir.
Trafo koruması, transformatördeki hasarı aşırı ve düşük frekansta sınırlandırmalıdır. Voltaj çok yükseldiğinde koruma tüketici iletimini kesmek zorundadır.
Anormal Koşullar
- Aşırı Gerilim: Süreksiz aşırı gerilimler, anahtarlama aşırı gerilimleri ve geçici aşırı gerilimler, güç sistemindeki bileşenlere zarar verebilecek en önemli aşırı gerilimlerdir. Süreksiz Aşırı Gerilimler yıldırımlardan kaynaklanır. Bu gibi gerilimler turn-to-turn (adım-adım) arızalarına neden olabilir. Trafoların buşinglerine yakın bağlanan parafudrlar aşırı gerilimleri azaltabilir. Güç frekansı aşırı gerilimleri ve rezonans koşulları, geçici aşırı gerilimlere neden olur. Yalıtım üzerindeki dielektrik streste bir artışa ve çalışma akı yoğunluğunda bir artışa neden olabilirler.
- Aşırı Yük: Aşırı yük, bakır kayıplarının artışına ve bunun sonucunda ortaya çıkan sıcaklık artışına neden olur. Güç trafoları geçici olarak aşırı yüklenebilir. Kabul edilebilir aşırı yüklenme süresinin uzunluğu, başlangıç sıcaklığına ve soğutma koşullarına bağlıdır. Bir ONAN (doğal yağ, doğal hava) bir trafonun termik zaman sabitidir ve 2-5 saat arasındadır. Kuvvetli soğutmalı trafoların zaman sabitleri daha düşüktür.
- Aşırı Uyarılma (ikaz): Uygulanan voltaj çok yüksek olduğunda veya uygulanan frekans çok düşük olduğunda trafo çekirdeği aşırı uyarılmış olur. Aşırı uyarılma demir kaybında ve mıknatıslama akımında önemli bir artışa neden olur. Ayrıca, akı, lamine çekirdekten yönlendirilir. Tankın metalinden ve trafonun diğer lamine edilmemiş kısımları gibi çevreleyen çelik parçalardan geçirilir bu akı. Özellikle, normalde çok az akı taşıyan çekirdek cıvataları, büyük bir akı bileşenine tabi tutulabilir. Bu koşullar altında, cıvatalar kendi yalıtımını yok eden bir sıcaklığa hızla ulaşabilir ve bu durum devam ederse bobin yalıtımına zarar verebilir. Ve bu durumu trafonun, frekansa karşılık gelen belirli miktar bir artışla bir seviyeye kadar aşırı voltajla çalışabilmesi izler. Uygulanan voltaj yüksek ve frekans düşük ise çalışmanın devam etmemesi gerekir.
Harici Arızalar
Trafo koruması bazen güç trafosundan beslenen bara için ana koruma görevi görecektir. Trafo koruması genellikle bara ve güç trafosundan çıkış yapan güç hatları için bir yedekleme koruması görevi de görecektir.
Şönt Arızaları: Sistem kısa devreleri, besleme trafolarında nispeten yoğun bir ısınma değeri oluşturabilir. Bakır kayıpları, birim hata akımının karesi ile orantılı olarak artar. Aşağıdaki Tablo, akımın sadece trafonun reaktansı ile sınırlanması durumunda, trafonun hasarsız olarak dayanabileceği tipik harici kısa devrelerin süresini göstermektedir.
Arıza-dayanım düzeyleri:
Büyük arıza akımları, trafolarda ciddi mekanik stres oluşturur. Maksimum stres asimetrik arıza akımlarının ilk döngüsü sırasında meydana gelir. Devre kesicilerin otomatik olarak devreye girmesi, bu tür gerilmeleri azaltamaz. Bu tür streslerin kontrolü bu nedenle bir trafo tasarım sorunudur. Bununla birlikte, sigortalar mekanik gerilmeleri azaltabilir.
Dahili Arızalar
İzolasyonun bozulması bir toprak arızası veya kısa devre ile sonuçlanır. Bu tür arızalar sarımlara ve trafo çekirdeğine ciddi hasarlar verebilir. Ayrıca, yüksek arıza akımlarının olduğu bir arıza, yüksek bir gaz basıncına da neden olabilir. Basınç çok yükselirse, trafo tankına zarar verir.
Aşağıdaki faktörler, sarımlar arasındaki veya sarımlar ile çekirdek arasındaki yalıtımın bozulmasına neden olabilir:
- Aşırı sıcaklık nedeniyle yalıtımın yaşlanması
- kontamine yağ
- yalıtımdaki kısmi deşarjlar
- geçici aşırı gerilimler
- sargılar üzerindeki mevcut kuvvetler
Yalıtımın yaşlanması veya bozulması, sıcaklık ve zamanın bir fonksiyonudur. En yüksek sıcaklığa (sıcak noktaya) sahip olan sarımın parçası, normal olarak en büyük bozulmaya uğrayacak ve en kısa ömre sahip olacaktır. Bununla birlikte, sürekli değişen çalışma koşulları altında, yaşamın uzunluğunun sürekli kontrollü koşullar altında sıcaklık ve zamanın bir fonksiyonu olarak doğru bir şekilde tahmin edilmesi mümkün değildir.
Yüksek gerilim ile düşük gerilim sargıları arasındaki bir kıvılcım genellikle düşük gerilim sargısı ile toprak arasındaki yalıtımın bozulmasına neden olur. Trafo arızaları nadiren geçicidir.
Dahili Arızalar:
- Toprak arızaları
- Kısa devre arızaları
- Dönüş-dönüş arızaları (turn-to-turn)
- Çekirdek nüve arızaları
- Tank arızaları
- Düşük soğutma arızaları
Toprak arızaları: Bir sargı ile göbek veya tank gibi topraklanmış bir parça arasındaki doğrudan bir metalik temas veya kıvılcım, bir toprak arızasına neden olur.
Kısa devre arızaları: Fazlar arasındaki kısa devre, önemli bir arıza akımına neden olur. Arıza akımının büyüklüğü ise esas olarak trafonun kaynak ve kaçak empedanslarına bağlıdır.
Dönüş-dönüş arızaları (turn-to-turn): Aynı fiziksel sargı içinde iletkenler arasında doğrudan bir metalik kontak veya kıvılcım, bir dönüş (dahili) arızasına neden olur.
Bir harici şönt hatası oluştuğunda arıza akımları bir trafodan akacaktır. Yüksek arıza akımlarından kaynaklanan mekanik kuvvetler, yalıtıma zarar verebilir. İzolasyonda meydana gelen ağır hasarlar dönüş-dönüş arızasına neden olabilir. Bu, kısa devre gücü; yüksek gerilim şebekelerine bağlı nispeten küçük ve yaşlı trafolar için bir risktir.
Dalgalanmadan kaynaklı olarak yüksek eşdeğer frekansı nedeniyle hat dalgalanmaları sarımın son dönüşlerine konsantre olacaktır. Son dönüşler dönüş-dönüş yalıtımını güçlendirilmiştir. Ancak, yüksek faz-toprak gerilimlerine dayanması gereken topraklama, yalıtıma orantılı olarak arttırılamaz.
Kısmi sargı kıvılcım riski bu nedenle toprak arıza riskinden daha yüksektir. Tüm trafo arızalarının % 70 – 80’inin dönüşler arasındaki arızalardan kaynaklandığı iddia edilmektedir.
Arıza akımının ürettiği ısı, yağın ayrışmasına ve gazın serbest kalmasına neden olur. Bir Buchholz koruması, bu nedenle, dönüş-dönüş arızalarını tespit edebilir. Hıza karşı basınç koruması da dönüş sapmalarını tespit edebilir. Dönüş-dönüş arızalarının, yalnızca elektrik giriş değerleri kullanılarak koruma ekipmanı tarafından tespit edilmesi çok zordur.
Dönüşü olmayan bir arıza sadece arıza yerinde önemli hasarlara neden olabilir. Arıza akımının ürettiği ısı, sarımın bir kısmını eritir. Arıza yerinden gelen erimiş bakır, küçük bakır parçacıkları olarak katılaşır. Trafodaki sirkülasyon yağı, bu bakır partikülleri arıza konumundan taşıyabilir. Bu durumda hasarlı trafoyu bir tamirhaneye nakletmek genellikle gereklidir. Tüm bakır parçacıklarını temizlemek için trafonun iyice temizlenmesi gerekir ki bu durumda kesinti süresi uzun olacaktır.
Çekirdek arızaları: Çekirdek nüvenin lamine yapısı boyunca iletken bir köprü, girdap akımlarının akmasına izin verir. Bu ciddi aşırı ısınmaya neden olabilirler. Çekirdeği birbirine bağlayan cıvatalar, bu sorunu önlemek için daima yalıtılmıştır. Çekirdek yalıtımı herhangi bir kısmı arızalı hale gelirse, sonuçta ortaya çıkan ısı, sarımın zarar görmesi için yeterli bir büyüklüğe ulaşabilir.
Ek çekirdek kayıpları, ciddi lokal ısınmaya neden olmakla birlikte, giriş akımında dikkate değer bir değişiklik meydana getirmeyecektir. Elektrik giriş koruma ekipmanı, ana arızaları tespit edemez. Yine de, koruma sisteminin büyük bir arıza meydana gelmeden önce durumunun saptanması son derece önem arz eder.
Tank arızaları: Bir trafodaki yağ, elektriksel olarak yalıtıcı bir ortam oluşturur. Aynı zamanda bir soğutma ortamı oluşturur. Yağa daldırılmış bir trafonun çalışma güvenilirliği büyük ölçüde yağın kalitesine bağlıdır. Yağın dielektrik gücü; yağın en önemli özelliğidir. Su ve safsızlıklar yağın dielektrik dayanımını azaltarak, yalıtım seviyesini düşürür.
Tank sızıntıları ile yağ kaybı sonucunda tehlikeli bir durum oluşur. Sargı izolasyonunda azalma, böyle bir durumdur. Etkili soğutma kaybından dolayı yükte aşırı ısınma böyle bir durumdur. Yağ seviyesi izlenmelidir. Bir yağ koruyucu ile yağa daldırılmış trafolara bu nedenle bir yağ seviyesi monitörü entegre edilmelidir.
Soğutma Arızaları: Yağ çamuru, soğutma kanallarını ve borularını tıkayabilir. Bu, trafo yüklendiğinde aşırı ısınmaya neden olabilir. Zorlanmış bir soğutma sisteminin arızalanması da aşırı ısınmaya neden olabilir. Zorlanmış soğutma sistemlerini denetlemek gereklidir. Soğutma sistemi durduğunda bir alarm verilmelidir. Yağ sıcaklığı izlenebilir ve trafo aşırı ısınmadan önce uygun önlem alınabilir.
2- Trafo Arızalarının Sonuçları
Nominal gerilimin ve trafoların nominal kapasitelerinin artması çeşitli sorunları beraberinde getirmiştir. Aşağıdaki şekil, ABD’de Edison Elektrik Enstitüsü (EEI) tarafından trafo sorunları ile ilgili yapılan bir araştırmanın sonuçlarını göstermektedir.
İyi haber şu ki, vakaların % 90’ından fazlasında yangın yok.
Aşağıdaki resimler, Finlandiya’daki bir trafo yangınının çeşitli aşamalarını göstermektedir.
3- Arıza Akımları
Arıza akımının büyüklüğü aşağıdakilere bağlıdır:
- güç şebekelerinin kısa devre gücü
- bağlı şebeke ağlarının sistem topraklaması
- trafo kaçak reaktansı
- Arızanın sarım boyunca konumu
Etkili bir şekilde topraklanmış Yıldız bağlantılı sargı
Kaçak reaktansı, bu durumda toprak arıza akımını kontrol eden en önemli parametredir. Kaçak reaktansı, hatanın konumuyla kompleks bir şekilde değişir. Değişken arıza konumundaki voltaj da önemli bir faktördür.
Aşağıdaki şekilde bir Üçgen/Yıldız bağlantılı bir trafo gösterilmektedir. Örnekte, bir jeneratör ya da güçlü bir kaynak üçgen-bağlı sarımı enerjilendirir ve yıldız-bağlı sarım açık-devredir.
Burada, nötrden göreceli bir mesafede tek fazdan toprağa bir arıza meydana gelir. Arıza direnci arızanın konumundan bağımsızdır ve ark direnci ve yerel trafo direncinden oluşur.
Yüksek empedanslı Topraklanmış Yıldız Bağlantılı Sargı
Böyle bir sargı üzerindeki bir toprak arızası, nötr ekipmanının empedansına bağlı olan bir toprak arıza akımına neden olacaktır. Arıza akımı ayrıca, arızanın nötr noktadan uzaklığına da bağlıdır. Arıza voltajı bu mesafe ile doğru orantılıdır. Bu, arıza akımının nötrden olan mesafeyle yaklaşık orantılı olduğu anlamına gelir.
Primer sargı ile kısa devreli dönüşler arasındaki dönüşüm oranı da arızanın pozisyonuna göre değişir. Bu, trafo primer terminallerine akan akımın, kısa devreli sargının fraksiyonunun karesiyle orantılı olacağı anlamına gelir.
Üçgen bağlantılı bir Sargıdaki Toprak Arızaları
Üçgen bağlantılı bir sargının iletken-toprak gerilimi, her zaman uygulanan faz-toprak geriliminin % 50’sinden daha yüksektir. Bu tür bir sarım için toprak arıza akım büyüklüğü aralığı, Yıldız bağlı bir sarım için daha azdır. Toprak arıza akımının gerçek değeri, sistemin topraklanmış olmasına bağlı olacaktır. Üçgen bağlantılı bir sargının empedansı, özellikle tek ayak üzerinde merkezi olarak yerleştirilmiş bir arızaya giden arıza akımları için yüksektir. Empedans, normal dengeli geçiş akımı empedansı ne olursa olsun, trafo derecesine göre % 25-50 olabilir. Bu noktada topraklama ön voltajı normal faz-nötr voltajın yarısı olduğundan, toprak arıza akımı anma akımından daha fazla olamaz.
Kaynağın empedansı kayda değer ise, toprak arıza akımı bu değerden bile daha azdır. Akım, iki yan sarım boyunca her iki taraftan arızaya akacak ve sistemin iki fazı arasında bölünecektir.
Dönüş-Dönüş Arızaları
Dönüş-dönüş arıza kısa devresi, sargının bir parçasıdır. Arızalı sargı, bir oto-trafo sargısı gibi davranır. İlgili oto-trafo, çok büyük bir dönüşüm oranına sahiptir. Kısa devreli dönüşlerdeki akım çok yüksek olacaktır. Arıza yayıldığında ve daha fazla dönüş kısa devre edildiğinde ağdaki arıza akımı artar. Sargının dönüşlerinin % 2-4’ü kısa devre edildiğinde arıza akımı trafonun anma akımına eşit olur. Kısa devreli dönüşlerdeki akım, sarımın anma akımının 50-100 katı olabilir. Bu gibi yüksek arıza akımları, arıza yerinde mekanik ve termal streslere neden olur.
4- Diferansiyel Koruma
Bir trafo diferansiyel koruma, trafodan akan akım ile trafoya akan akımı karşılaştırır. Güç trafosunda faz kaymasının düzeltilmesi için yardımcı trafolar ve oran düzeltmeleri gereklidir. Diferansiyel koruma, büyük trafolar için en yaygın kullanılan koruma türüdür. Diferansiyel koruma, bir ünite korumasıdır.
Diferansiyel korumanın koruyucu bölgesi, trafoyu ve akım trafosunu ve güç trafosu arasındaki terminal ve kabloları içerir. Diferansiyel röle için buşing akım trafoları kullanıldığında, koruyucu bölge, devre kesici ve güç trafosu arasındaki veri yolu veya kabloları içermez. Bazı trafolarda bara için bir akım diferansiyel koruma vardır. Böyle bir bara koruması, devre kesiciyle güç trafosu arasındaki terminal ve kabloları içerecektir.
Diferansiyel akım, anma akımının % 20 ila% 25’ini aştığında, diferansiyel koruma çalışacak şekilde ayarlanır. Trafo diferansiyel korumanın çalışma değeri, kabul edilebilir geçici aşırı gerilimlerde açmayı önlemek için yeterince yüksek olmalıdır.
Akım Trafolarının Bağlanması
Basit bir kural, güç trafosunun Yıldız bağlı bir sarımındaki akım trafolarının üçgen bağlı olması gerektiğidir. Güç trafosunun üçgen bağlı sarımındaki akım trafoları ise Yıldız bağlı olmalıdır. Yük kademe değiştiricili trafolarda, kademe değiştirici orta konumdayken, dengeli akımlar için yardımcı akım trafolarının oranı hesaplanmalıdır.
Diferansiyel Akım
Mıknatıslama akımı diferansiyel korumaya bir diferansiyel akım olarak görünür ve herhangi bir önlem alınmazsa yanlış çalışabilir. Normal servis sırasında, mıknatıslama akımı, trafo diferansiyel korumasının çalışma değerine kıyasla çok düşüktür. Trafo enerjilendiğinde mıknatıslanma ani akımları akar. Şönt arızalarının temizlenmesi sonrasında voltaj normale döndüğünde, benzer ani akımlar akar.
Mıknatıslanma ani akımı büyük bir DC bileşenine ve birkaç önemli harmoniğe sahiptir. Temel frekans ve ikinci harmonik (Avrupa’da 100 Hz ve ABD’de 120 Hz) hakimdir. Akım üç fazda ve nötrde de mevcuttur. Nötr ani akım diğer topraklanmış nötr noktalara akar. sıfır sekans empedansları nötr noktası akımının dağılımını belirler.
Son konumdaki bir hat kademe değiştiricisine sahip bir trafo, yük akımının % 10 ila 20’sinde bir diferansiyel akım sağlar. Kademe değiştiriciden kaynaklanan diferansiyel akım diferansiyel korumanın en hassas ayarını belirler. Çalışma değeri, yük kademe değiştiricisinin neden olduğu eşleşmeyen diferansiyel akımdan en az % 15 daha yüksek ayarlanmalıdır.
Harmonik Tutucu Diferansiyel Koruma
Birçok trafo diferansiyel korumaları, ani akımın mıknatıslanması nedeniyle açmayı önlemek için harmonik kısıtlamalara sahiptir. Koruma, ikinci veya beşinci harmonik, temel bileşenin veya toplam akışın önceden ayarlanmış bir kesimini aşarsa kısıtlanır.
Diferansiyel koruma, iletim trafoları için en yaygın uygulanan korumadır. Bir çalışma grubu araştırmasında, şirketlerden biri hariç, tüm aktarım trafolarında en az bir diferansiyel röle kullanıldı. Aşağıdaki şekil, temel şemayı göstermektedir.
Diferansiyel şemalar; yüzde diferansiyel, harmonik kısıtlamalı yüzde diferansiyel ve oto-trafolar için yüksek empedans diferansiyelleri içerir. Akımların trafonun tüm terminallerine karşılaştırılmasının diferansiyel röle basitliği, çok yüksek bir güvenilirlik sağlar. Bir üçgen bağlantısındaki akım trafoları veya yardımcı akım trafoları, harici arızalarda yanlış çalışmayı önlemek için topraklanmış trafo sargılarında kullanılmalıdır. Ancak, kaldırılan sıfır sekans bileşeni, trafo diferansiyel rölenin daha az hassas olmasını sağlar.
Son olarak; Diferansiyel röle koruması, çok sayıda koruyucu röle gereksinimini tek başına karşılayan mükemmel bir koruma fonksiyonu sağlar, ancak tam trafo korumasını sağlamak için diğer koruyucu aygıtlarla senkronize edilerek birleştirilmelidir.
5- Empedans Koruması
Empedans koruması harici kısa devreler için yedek koruma sağlayabilir. Bir empedans koruması, dahili kısa devreler için ana koruma olarak bir akım diferansiyel korumasının yerini alabilir.
Genel olarak iki tip empedans koruması ortaya çıkmaktadır:
- az gelişmiş korumalar ve
- mesafe korumaları
Düşük Empedans Koruması
Akım diferansiyel korumalarını, iletim hatlarındaki baraların ana koruması olarak set etmek yaygın bir uygulamadır. Genellikle, baralar için tam bir yerel yedekleme koruması yoktur. Birkaç yardımcı program, bara için iki tam akım diferansiyel korumasını set eder. Aktarım hatları, jeneratör yükseltme trafoları ve Ekstra YG oto-trafoları bara akımını besleyebilir. Uzak güç istasyonlarındaki ve trafo merkezlerindeki hat korumaları, mevcut bara için yedek koruma sağlar. Korumalar, iletim hatlarından arıza akımının kesilmesini başlatır. Güç istasyonu veya trafodaki düşük sıcaklık korumaları aynı istasyondaki bara için yedek koruma sağlar. İkinci düşük empedans koruması, bitişik istasyonlardaki baralar için uzaktan yedekleme koruması sağlayabilir.
Mesafe Koruması
Bazı araçlar ana trafo koruma olarak diferansiyel korumalar yerine mesafe korumaları kullanır. Birçok yardımcı program, trafo diferansiyel koruma için yedek koruma olarak, yönsüz düşük empedans korumaları yerine mesafe korumaları kullanır. Aynı zamanda, baralar için ana veya yedek koruma görevi görebilirler.
Mesafe röleleri primer koruma olarak veya trafo için bir yedek koruma olarak kullanılabilir. Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi trafonun yüksek gerilim tarafındaki çok bölgeli bir empedans rölesinden oluşurlar.
Empedans rölesinin, bara korumasının bazı faydaları vardır, ancak iletim hattının aktarımı ile koordine edilmesi gereken negatif özellikler, diferansiyel rölenin daha yavaş olmasına neden olur.
Mesafe Röle Koruması:
Bazı uygulamalarda iki empedans rölesi kullanılır. Birincisi, yukarıdaki şekilde olduğu gibi belirlenmiştir. Düşük taraftaki transformatöre bakan ikinci bir düşük empedanslı röle ayarlanır. Bu, HV ve LV arızaları için yedek koruma sağlar. Almanya’da, mesafe röleleri, trafo yedekleme koruması için yönlü bir karşılaştırma şemasında kullanılmaktadır.
Son olarak; Mesafe rölesinin içerdiği ana alan, uzaktan arızalar için bir yedek koruma ve arızaya karşı koruma sağlamak için bir yedek korumadır. İletim hattı röleleriyle koordinasyon zamanlayıcısı gereksinimleri ve herhangi bir toprak arızası korumasının olmaması nedeniyle bazı ciddi problemlere sahiptir.
6- Aşırı Akım Koruması
Güç transformatörleri genellikle ana koruma olarak aşırı akım korumasına sahiptir. Aşırı akım korumaları, diferansiyel korumaların sahip olduğu özelliklere karşı daha düşük hassasiyete sahiptir. Birçok büyük trafo, yedek koruma olarak aşırı akım korumasına sahiptir. İlgili baraların ana korumasını veya yedek korumasını sağlayabilir. Aşırı akım korumaları da giden güç hatlarının yedek korumasını sağlayabilir. Bir kısa devre akımı kaynağına bağlı olan trafonun her iki tarafında en az iki aşırı akım faz rölesi bulunmalıdır.
Kısa Devre Koruma
Bir Yıldız/Üçgen bağlı güç trafosunun alçak gerilim tarafında kısa devre meydana gelirse, trafonun yüksek voltaj tarafındaki fazlardan sadece biri tam kısa devre akımı taşır. Yüksek voltaj tarafındaki diğer iki faz, üçüncü fazdaki akımın sadece % 50’sini taşır. Yüksek gerilim tarafındaki iki aşırı akım rölesi ile aşırı akım önleme hassasiyetinin hassasiyeti, yüksek voltaj tarafındaki üç aşırı akım rölesi ile bir aşırı akımın hassasiyetinin sadece % 50’si olabilir. Yüksek voltaj tarafındaki aşırı akım koruma, Yıldız/Yıldız bağlı trafolar dışında üç aşırı akım rölesine sahip olmalıdır.
Yıldız/Üçgen Bağlı Trafolarda Faz-Faz Arızası:
Aşırı akım röleleri; maksimum nominal yük akımının biraz üzerinde bir değere ayarlanabilen, maksimum yükün yaklaşık % 150’sini ve harici trafoya komşu güç sistemi bileşenlerinin korumaları ile seçici olmak için yeterli bir zaman gecikmesi olan bir ters-zaman elemanına sahip olmalıdır. Röleler ayrıca, bir harici arıza veya mıknatıslama akımı ani akımı için maksimum kısa devre akımından biraz daha yüksek olabilen anlık bir elemana sahip olmalıdır.
Trafo, birden fazla kısa devre akımına bağlandığında, aşırı akım rölelerinin en azından bazılarının, iyi bir koruma ve harici arızalarda seçicilik elde etmek için yönlendirilmesi gerekli olabilir.
Faz aşırı akım koruması, arıza tespiti için ucuz, basit ve güvenilir bir şemadır ve bazı trafo koruma uygulamaları için kullanılır. Trafo inRush için çok yüksek ayarlanması ve trafo aşırı yüklenmelerine ve trafo aşırı yüklenmelerine izin vermek zorunda kalmaktadır. Bu nedenle, trafonun alçak gerilim tarafındaki düşük büyüklükteki iç trafo arızaları veya faz-toprak arızaları için etkisizdir.
Sayısal aşırı akım röleleri ayrıca trafo yedek koruması için yükseltilmiş performans sağlar. Dijital filtreler artık DC komponenti ve harmonikleri ani akımdan kaldırıyor. Sayısal yedek aşırı akım röleleri, geleneksel tiplerden çok daha hassas olarak ayarlanabilir.
Faz Aşırı Akım Koruma:
Genel olarak, aşırı akım faz koruma röleleri, arızaya karşı dayanıklı bazı ek korumalar sağlar, ancak birçok uygulamada yeterli primer koruma sağlamaz.
7- Toprak Arıza Koruması
Etkin topraklanmış şebekelerde toprak arıza akımları ve kısa devre akımları aynı büyüklük derecesine sahiptir. Bu şebekelerde, toprak arızalarının anında temizlenmesi gerekir. Etkin olmayan topraklanmış şebekelerde, toprak arıza akımı kısa devre akımından çok daha küçüktür. Bu şebekelerdeki toprak arızalarının otomatik olarak temizlenmesiyle ilgili yasal gereklilikler ülkeden ülkeye değişmektedir. Danimarka’da, toprak arızalarını otomatik olarak temizlemek gerekli değildir. İsveç’te, toprak arızalarının beş saniye içinde otomatik olarak temizlenmesi gerekir. Toprak arızalarını otomatik olarak 5 000 ohm’luk bir hata direnciyle temizlemek gerekir.
Bu tip koruma, en az bir doğrudan topraklanmış veya dirençli topraklanmış sarımlı trafolara özgüdür. Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi Koruma, sarım arızalarını toprağı korumak için özelleşmiştir. Aşırı akım ünitelerinin bağlantıları sadece nötr veya yalnızca rezidüel fazda veya tüm fazları ve topraklamayı içeren bir diferansiyel bağlantıda olabilir. Bu aşırı akım üniteleri, yük akımının iptal edilmesi nedeniyle faz aşırı akım ünitelerinden çok daha düşük bir değere ayarlanabilir. Diferansiyel olmayan bağlantılar kullanılıyorsa, harmonik kısıtlama gerekli olabilir. Genel olarak, daha düşük bir ayar sağlarlar, ancak sadece topraklanmış sargı için koruma sağlarlar.
Nötr ve Differansiyel Koruma:
Sınırlı Toprak Arıza Koruması
Sınırlı bir toprak arıza koruması, Yıldız bağlantılı bir sargının hassas ve yüksek hızda korunmasını sağlar. Üç fazlı akım trafosunda kalan akım, akımı nötr noktada akım trafosundan dengeler. Sınırlandırılmış koruma, akım trafoları arasındaki bölge toprak arızaları için çalışabilir. Koruma bölgesi, söz konusu Yıldız bağlantılı bir sargıdır. Koruma, bu bölge dışındaki tüm arızalar için sabit kalmalıdır. Bu koruma bir ünite korumasıdır.
Sınırlandırılmış toprak arıza koruma, etkin topraklanmış şebekelerde kullanılır. Aynı zamanda, topraklama arızası sınırlandırılmamış topraklama şebekelerinde, sınırlandırılmış toprak arıza korumasının çalışma değerinden daha yüksek olarak kullanılabilir.
Yüksek empedanslı bir voltaj rölesi yerine düşük empedanslı bir akım rölesinin kullanılması bazen mümkündür. Nötr noktadaki akım trafosu, faz akım transformasyonlarından daha farklı bir dönüş oranına sahip olabilir. Oran düzeltmesi için bir yardımcı akım trafosu kullanılabilir.
Artık Aşırı Akım Koruması
Artık aşırı akım korumaları, etkin topraklanmış sistemlere bağlı sargılardaki toprak arızalarını tespit edebilir. İsveç’teki jeneratör yükseltme trafoları ve Ekstra YG oto-trafoları, iki aşırı akım rölesiyle rezidüel(artık) aşırı akım korumasına sahiptir.
İlk adım bağımsız bir zamanlı aşırı akım rölesine sahiptir. İlk adımın ana görevi, istasyondaki yüksek voltaj barası üzerindeki toprak arızaları için yedek koruma sağlamaktır. Aynı zamanda trafo içindeki toprak arızaları için yedek koruma sağlayabilir.
İkinci adımda harmonik kısıtlama ile bağlantılı bir zamanlı aşırı akım rölesi vardır. Ana görev, güç trafosunun kendisiyle ilişkili seri arızalara karşı koruma sağlamaktır. Ayrıca uzaktan toprak arızaları için yedek koruma sağlayabilir.
Bazı rezidüel(artık) aşırı akım korumaları üçüncü bir aşırı akım rölesine sahiptir. İlk adım ve yukarıda açıklanan hassas adım arasında bir çalışma değerine sahiptir. Üç fazlı akım trafosundan gelen akımların toplamı, rezidüel aşırı akım korumanın girdisidir.
Nötr Nokta Aşırı Akım Koruması
Nötr nokta aşırı akım korumaları, etkin topraklanmış şebekelerde toprak arızalarını tespit edebilir. Yerel ve uzak baralar için yedek koruma sağlarlar. İsveç’teki jeneratör yükseltici trafolar ve Ekstra YG trafolarının nötr nokta aşırı akım koruması vardır. İki adet aşırı akım rölesi vardır.
İlk adım bağımsız bir zamanlı aşırı akım rölesine sahiptir. İlk adımın ana görevi, yerel baralardaki toprak arızaları için yedek koruma sağlamaktır. Aynı zamanda trafonun içindeki toprak arızaları için yedek koruma sağlayabilir.
İkinci adımda harmonik kısıtlama ile bağlantılı bir zamanlı aşırı akım rölesi vardır. Ana görev, güç trafosunun kendisiyle ilişkili seri arızalara karşı koruma sağlamaktır. Ayrıca uzak toprak arızaları için yedek koruma sağlayabilir.
Bazı nötr nokta aşırı akım korumaları üçüncü bir aşırı akıma sahiptir. İlk adım ve yukarıda açıklanan hassas adım arasında bir çalışma değerine sahiptir.
Nötr ve Differansiyel Koruma:
Tank Toprak Arıza Koruması
Bu tip koruma, en az bir topraklanmış veya dirençli topraklamalı sarımlı transformatörlere özgüdür.
Koruma, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, sarım arızalarını toprağa korumak için özelleşmiştir. Tankın toprak arıza koruması özel dikkat gerektirir. Ana tank toprağı ile seri bağlantılı bir röledir. Tank, deponun toprak rölesine bağlı bir akım trafosuna sahip olan bir yol dışında topraktan yalıtılmıştır. Röle, tank arızaları, sargı-tank arızaları ve çekirdekten sarım arızaları gibi tanktan toprağa akan herhangi bir akımı görecektir. Normal çalışma sırasında bu yol boyunca minimum akım aktığı için röle çok hassas ayarlanabilir.
Bu korumayla ilgili problem, en fazla 1.0 ohm dirençle toprağa tek bir yol gerektirmesidir Bu, toprak arızaları sırasında trafo deposundan uzaktaki toprağa yüksek voltaj oluşturur ve bu da güvenlik sorunlarına neden olabilir. Trafo kasasına yanlışlıkla kontrol veya metalik yollar yolu kolayca kısaltabilir. Ayrıca, arızalı çalışma trafo deposu kapasitans akımlarından dikkatli bir şekilde önlenmelidir.
Tank Toprak Arıza Koruması:
Genel olarak, bu koruma, sadece düşük hassasiyetli toprak arıza koruma ile topraklanmış bir sargıyı sağlamak için özelleşmiştir. Başka türde koruma sağlamaz.
Nört Nokta Yerdeğiştirme Koruması
Bu örnekte, bir trafo sargısı etkin olmayan topraklanmış bir sistemi besler. Sargı, bir Yıldız bağlı ya da Üçgen bağlıdır. Sıfır sekanslı aşırı gerilim koruması, bu sargının toprak arıza korumasını sağlayabilir. Aynı zamanda, trafo ve bara arasındaki iletkenler için toprak arıza koruması sağlayacaktır. Son olarak, bağlı bara için toprak arıza koruması sağlayacaktır. Sıfır sekanslı aşırı gerilim koruması ayrıca yedek toprak arıza koruması sağlayabilir. Baraya bağlı besleyiciler, ana ve yedek toprak arızası korumasına sahip olmalıdır. Trafo koruması, bu tip besleyiciler için yerel yedekleme koruması sağlar.
8- Flashover Koruması
Birçok güç trafosu, buşing akım trafosuna sahiptir. Bu gibi durumlarda açık hava şaltına (AIS) bağımsız akım trafoları kurmak gerekli değildir. Kapalı akım trafolarına bağlı trafo sargılarında buşing akım trafoları nadiren kullanılmaktadır. Buşing akım trafolarından beslenen trafo diferansiyel korumaları, buşinglerin yüzeyindeki flashover arızaları tespit edemez. Trafo diferansiyel korumasının koruma bölgesi dışındadırlar.
Birkaç eski trafonun flashover koruması vardır. Her buşing, etrafındaki metalik bir halkadan oluşur. Halkalar trafo tankından yalıtılmış ve birbirine bağlanmıştır. Halkalardan, trafodaki topraklama matına kadar bir iletken vardır. Buşing halkası üzerinde buşing yüzeyindeki bir flashover sonlanmalıdır. Bu gibi durumlarda, topraklama iletkeninde bir akım akmaya başlar. Akım, sekonder taraftaki bir akım trafosu ve ani bir aşırı akım koruması ile beslenir. Aşırı akım koruması, buşing yüzeyindeki birçok flashover arızayı tespit edecektir. Trafoya bağlı bara için bir akım diferansiyel koruma da bu tür flashover arızaları tespit edecektir.
9- Aşırı Yüklenme Koruması
Bir güç trafosunun derecesi, varsayılan maksimum ortam sıcaklığının üzerindeki sıcaklık artışına dayanır. Bu şart altında sürekli aşırı yüklenmeye izin verilmez. Daha düşük bir ortam sıcaklığında, bir derece aşırı yükleme güvenli bir şekilde kabul edilebilir. Önceki yükleme koşullarına bağlı olarak kısa yüklenmelere de izin verilir.
Kısa aşırı yüklenmeler için kurallar oluşturmak zordur. Tek güvenli açıklama, sarımın aşırı ısınmaması gerektiğidir. Uluslararası standartlar, hotspot sıcaklığı için aynı ve kesin sınırları vermez. Güç trafolarını aşırı yüklenmeye karşı korumak için termal elektrik korumaları kullanılabilir. Bu tür korumalar termal çoğaltma modelindedir. Koruma karakteristiği ısıtma süresi sabiti ile tanımlanır.
Bir güç trafosu, bir veya iki saat boyunca büyük bir aşırı yük taşıyabilir. Birçok araç bu özelliği geçici olarak kullanmak ister. Aşırı akım koruması ayrıca bir güç aktarımının aşırı yüklenmesini de sağlayabilir. Böyle bir aşırı yük koruması, geleneksel aşırı akım progresyonundan daha uzun bir zaman sabitine sahip olmalıdır. Bununla birlikte, çevrimiçi kademe değiştirici aşırı yük kapasitesini sınırlayabilir. Termal zaman sabiti, ana trafo ünitesinin termal zaman sabitinden daha kısa olabilir. Aşırı yük korumalarının çoğu bir alarm verir ancak bazılarında ilgili devre kesicileri açar.
Bir iletim trafosunun ısıtma ve soğutma gereksinimleri nedeniyle, trafonun tüm çalışma limitleri üzerinde koruma sağlamak için özel sıcaklık koruması gereklidir. Trafo, ortam sıcaklığı, soğutma sisteminin durumu, uyartım gerilimi ve trafo yüküyle sıcaklık sınırlıdır. Üst yağ sıcaklığı maksimum 100 ila 105 ° C kabul edilebilir bir değere sahiptir. Üst yağ sıcaklık sensörü genellikle sıcaklık koruması sağlar.
10- Aşırı Uyarılma Koruması
Anma akımıyla yüklenmiş bir trafo, sürekli olarak nominal gerilimin % 105’ine dayanabilir. Aşırı uyarılma, trafoya zarar verebilecek anormal bir durumdur.
Terminal voltajı ve sistem frekansı arasındaki oran çok yüksek olduğunda trafo bağlantısı kesilmelidir. Bu oran sürekli olarak 1.1 değerini aşmamalıdır. Bu oran 10 saniyede 1.4’e kadar değerler alabilir.
Aşırı gerilime, düşük frekansa veya her ikisine birden eğilimli trafolar aşırı uyarılma korumasına sahip olmalıdır. Özellikle üniteye bağlı jeneratör kademeli trafolar aşırı gerilim ve düşük frekans koşullarına maruz kalabilir. Devreye alma ve devreden çıkarma sırasında trafo azaltılmış bir frekansla çalışır. Türbin-jeneratör devir sayısı çok düşük olduğunda, jeneratör manyetize edilmeye çalışıldığında, akı yoğunluğu çok yüksek olacaktır. Devreden çıkarma işlemi sırasında personelin otomatik voltaj regülatörünü (AVR) çalıştırma riski vardır. Bu birçok kez olmuştur ve aşırı uyarılma olaylarına neden olur bu durum.
Aşırı uyarılmanın çekirdekteki akı yoğunluğunun doğru temsilini alması önemlidir. Koruma, kullanılmamış bir sargının voltajını ölçen bir voltaj transformatörüne bağlanmalıdır.
Bu, sadece bir koruyucu seviyenin kapsadığı başka bir tip özel koruyucu röle uygulamasıdır. Başka hiçbir röle, trafo çekirdeğinin yeterli aşırı uyarılma koruması sağlayamaz. Trafonun Volt/Hertz değerinden daha büyük bir uyarım elde edilirse, çekirdek laminasyonlarında hasar meydana gelebilir. Bu koruma türü, bunun dışında başka herhangi bir koşulu kapsamaz.
11- Mekanik Arıza Dedektörleri
Akımları veya voltajları izleyen koruma ekipmanı, belirli çalışma koşulları olduğunda uygun devre kesicileri çalıştırabilir ve trip ettirebilir. Bazı trafo arızaları maalesef, sadece elektrik girdi değerlerini kullanan koruma röleleri kullanıldığında tespit edilememektedir. Bu tür elektrik röleleri, başlangıç arızalarını ve dönüş-dönüş arızalarını nadiren tespit edebilir. Dönüş-dönüş arızası, kısa devrede kayda değer bir akımın akmasına neden olurken, kalan sargıdaki akım nispeten değişmeden kalır. Elektrik röleleri bu tür arızaları tespit etmeden önce trafo ciddi şekilde hasar görebilir. Dahili arızaların yavaşça temizlenmesi, kapsamlı bir onarım gerektirebilir. Elektrik röleleri tarafından algılanamayan iç arızaları tespit etmek için başka yöntemlerin kullanılması açıkça istenir.
Ani basınç koruması, Buchholz koruması ve yağ seviyesi kontrolü, elektrik rölelerini tamamlar ve trafo korumalarının güvenilirliğini artırır. Mekanik arıza saptırıcıları olarak adlandırılırlar, çünkü elektrik girdilerinden başka girdi değerlerini kullanırlar. Mekanik arıza dedektörleri, dahili arızalar ve anormal durumlar için özel koruma sağlamak üzere tasarlanmıştır.
