Yüksek Gerilim Şalt Sahalarında Kullanılan Parafudrlar Ve Görevleri

Elektrik yüksek gerilim (YG) şalt sahalarındaki nötr dirençler , akım ve gerilim transformatörleri elektrik şebekesinin kalbi olan güç transformatörlerini ve oto transformatörlerini korumak için kullandığımız bu teçhizatlar tek başına yeterli olamayacaktır. Elektrik iletim sisteminde meydana gelen aşırı gerilimlerde veya koruma sistemlerinin gözcüsü diyebileceğimiz akım ve gerilim transformatörleri ile elektrik şebekesinin kalbi olan güç transformatörleri ve oto transformatörler arasındaki alanda meydana gelebilecek bir kısa devre durumunda ölçü transformatörleri kör kalacağı için diferansiyel röle çalışarak giriş-çıkış kesicilerine açma komutu gönderecek olup güç transformatörü ve oto transformatörü enerjisiz kalacak ve kısa devrenin meydana geldiği an ile ilgili teçhizatın servis harici olduğu an arasında geçen bu süre zarfında maruz kalınacak aşırı gerilimlere karşı koruma sağlamak için parafudrlar kullanılmaktadır.

Parafudrlar her üç fazda , faz-toprak arasına bağlanmaktadır. Korunacak teçhizatın ne kadar yakınına konumlandırılırsa o kadar iyi koruma sağlanacaktır. Parafudrların topraklama direnci 1 Ω altında olmalıdır. Parafudrların bağlantı tiplerinin , konumlarının (mesafe) ve koruma topraklama direncinin koruma seviyesine etkisini formüller ve örnekler üzerinden aşağıda açıklayacağım.

Parafudrların kullanıldığı yerler ;

  • Generatör çıkışları
  • Güç Transformatörlerinin giriş ve çıkışları
  • Oto transformatörlerin giriş ve çıkışları
  • Güç Transformatörlerinin tersiyer sargıları
  • Güç Transformatörlerinin yıldız noktaları (nötr direnci devresinde)
  • Enerji iletim hatlarının hat başı ve sonunda
  • Yer altı kablo giriş ve çıkışlarında

Sistemde yapılarına ve çalışma prensibine göre genellikle değişken dirençli veya metal oksit (ZnO) parafudrlar kullanılmaktadır. Parafudrların izolasyonu için porselen ve polimer malzemeden imal muhafazalar kullanılmaktadır. Son zamanlarda sistemde polimer muhafazalı parafudrların sayısı artmaktadır. Polimer muhafazalı parafudrlar IEC standartlarında X sınıfı olarak belirtilen patlamaya veya dağılmaya karşı dayanıklı , sönen (alev almayan) ve su tutmayan malzemelerdir.

Değişken dirençli parafudrlar ; seri ark aralıkları (eklatör) , değişken dirençler , basınçlı gaz (azot) veya kuru hava , basınç dengeleme yayı , porselen veya polimer muhafazadan meydana gelir.

Metal-oksit (ZnO) parafudrlar ; metal-oksit bloklar , basınç dengeleme yayı ve porselen veya polimer muhafazadan meydana gelir. Metal-oksit parafudrlarda aktif eleman olarak değişken direnç yerine , metal-oksit bloklar kullanılır , seri aralıkları yoktur. Değişken dirençli parafudrlara göre daha güvenli ve basit çalışırlar.

Parafudrların koruma seviyesi birçok etkene bağlıdır. Yıldırım veya anahtarlama nedeni ile meydana gelen geçici aşırı gerilim darbesi meydana geldiği yerden iki tarafa doğru yayılır. Havai hat meydana gelen yüksek gerilim dalgasına kılavuzluk yapar. Parafudr bağlantısı genel itibariyle aşağıdaki gibidir.

Yüksek Gerilim Şalt Sahalarında Kullanılan Parafudrlar Ve Görevleri 1

Şekilde ;

a1 : Parafudrun hatta bağlantı iletkeninin uzunluğu
a2 : Parafudrun topraklama bağlantısının uzunluğu
a3 : Parafudr ile korunan cihaz arasındaki mesafe
a4 : Parafudrun aktif kısmının uzunluğu
Zg : Toprak empedansı
U : Vuran aşırı gerilim darbesi

Korunan teçhizata gelecek geçici aşırı gerilim darbesinin tahmini değeri için IEC 71-2 1996-12 standartında aşağıdaki formül verilmiştir.

Urp = Up1+2ST                               Up1 ≥ 2ST için

Urp = 2Up1                                      Up1 < 2ST

Burada ;

Up1 : Parafudrun yıldırım darbe koruma değeri ( kV )
Urp : Meydana gelen gerilim
S : Vuran darbenin dikliği ( kV / µ sn )
T : Yıldırım darbesinin ilerleme zamanı
T=L/C olarak verilmiştir. Havada , ışık hızı C : ( 300 / µ sn )

Havadan farklı ortamlarda hız ;

C=300/√(∈) m / µ sn

Olarak verilmektedir. Burada ∈ nisbi permeabilitedir.

L=a1+a2+a3+a4

Yukarıdaki şekildeki mesafelerdir.

Parafudr prensibi olarak , koruyacağı teçhizatın terminaline en yakın yere monte edilmelidir. Bu sebepledir ki TEİAŞ son yıllarda alım yaptığı güç transformatörlerinde ve yeni tesis edilen Transformatör Merkezlerinde tesis edilen güç transformatörlerinde radyatörlerin üzerine parafudrların montjını istemektedir.

Yüksek Gerilim Şalt Sahalarında Kullanılan Parafudrlar Ve Görevleri 2

Sistem nötr topraklaması ; nötrü doğrudan topraklı , izole veya yüksek değerli direnç üzerinden topraklı olması gibi durumlara göre parafudr koruma seviyesine etki eden başka bir etkendir.

Parafudr topraklama direncinin korumaya etkisi:

Geçici aşırı gerilimde parafudr iletime geçtiği zaman terminalleri arasında meydana gelen gerilim tepe değeri Ur ile toprak geçiş direnci Rd üzerinden akan deşarj akımının meydana getirdiği Ud gerili tepe değeri fazör olarak toplanmaktadır.

Ut = Ur + Ud

Devrede oluşan toplam Ut gerilimi , transformatöre uygulanmaktadır. Korumada Ut geriliminin genliğinin küçük olması için , Ud geriliminin genliğinin dolayısıyla parafudr topraklama direncinin küçük olması istenmektedir. Aşağıdaki örnekle topraklama direncinin etkisini daha iyi anlayabiliriz.

Bir Güç Transformatörünü geçici aşırı gerilimlere karşı korumak için seçtiğimiz ve Sekonderine (OG) bağladığımız parafudrun karakteristikleri ;

Anma deşarj akımı (tepe değeri) : 10 kA
Anma gerilimi : 36 kv
Maksimum devamlı çalışma gerilimi : 30 kV

Parafudrdan 10 kA genlikte 8/20 mikro saniye dalga formunda akım akarken parafudrun terminalleri arasında yaklaşık olarak Ur = 85 kV artık gerilim meydana gelir.

Parafudr topraklamasının değeri 13 ohm olursa , devreden akan 10 kA genlikli geçici akımın topraklama direnci üzerinde meydana getireceği geçici aşırı gerilimin genliği ;

Ud = 13 ohm x 10 kA = 130 kV tepe olur.

Transformatöre uygulanan geçici aşırı gerilim yaklaşık olarak

Ut = Ur + Ud = 85 + 130 = 215 kV tepe olacaktır.

Orta Gerilim sistemde standart anma yıldırım darbe dayanma gerilimi 170 kV tepedir. Parafudr geçici aşırı gerilim meydana geldiğinde iletime geçip işlev görsede TM’de orta gerilim sisteme bağlı teçhizatlarda ve parafudrda hasar meydana gelebilir.

Tüm bu etkenleri dikkate alarak ürün seçimi yapılması gerekmektedir. Ürün etiketi okuması aşağıdaki gibi yapılmaktadır.

Yüksek Gerilim Şalt Sahalarında Kullanılan Parafudrlar Ve Görevleri 3
Type1Tip
Standard2Standard
Rated voltage3       Anma Gerilimi
Continuous operating voltage4Sürekli Çalışma Gerilimi
Rated frequency5Anma Frekansı
Nominal discharge current6Anma Boşalma Akımı
Classification / line discharge class7Hat Boşalma Sınıfı
repetitive charge transfer rating8Tekrarlı Yük Aktarma Oranı
Rated short-circuit current9Kısa Devre Akımı
Product code10Ürün Kodu
Manufacturing year11Üretim Yılı
Serial number12Seri Numarası
Unit number13Ünite Numarası
Special information14Özel Bilgiler

Parafudrlar bakım gerektiren ürünler değildir. Belirli periyotlarla TM işletme teknisyenleri tarafından kontroller yapılmalıdır. Darbe sayıcının , eğer takılıysa spark gap elektrotlarının , kaçak akımın ve özellikle porselen izolatörlerde pedigotların kirlilik düzeyinin kontrollerinin yapılması gerekmektedir. Porselen muhafazada kirlenme tespiti yapıldığında pedigotların temizliği yapılır , su ile yıkama yapılacaksa aşağıdan yukarıya doğru yıkanması gerekmektedir. Parafudrların montajında ürünlerin dik şekilde montajının yapılması , mekanik zorlanmalardan kaçınılması ve iletkeni bağlamak için teçhizata asla merdiven dayanmaması gerekmektedir.

Parafudrlara uygulanan testler AC İzolasyon (DOBLE) testleri ve DC İzolasyon (MEGGER) testleridir. Test öncesinde bağlı olan iletkenler sökülür. AC izolasyon testleri ile parafudr içerisindeki nem , korozyon , alüminyum tozları , mekanik bozukluklar , bozuk şönt dirençler ve montaj hataları tespit edilebilir. AC İzolasyon testlerinin sağlayıcısı olarak DC İzolasyon testleri yapılır ve test süresi 1 dakikadır.

İşletilmesini ve bakımını üstlendiğimiz elektrik sistemlerinde yeterince kontrolü yapılmayan ve elektrik piyasasında maalesef ki önemi tam anlamıyla kavranamamış olan parafudrların Türkiye Elektrik Sisteminde tüm gerilim seviyelerinde gerektiği noktalarda uygun ürünlerin kullanılmasını dilerim.

Yazar: Ömer Ramazan Taşkın / ETMD YK Üyesi

Benzer makaleler:

Bizi takip edin