Güç sistemi koruması - Power system protection

Güç sistemi koruması , arızalı parçaların elektrik şebekesinin geri kalanından ayrılması yoluyla elektrik güç sistemlerinin arızalardan korunmasıyla ilgilenen bir elektrik enerjisi mühendisliği dalıdır . Bir koruma planının amacı, ağın mümkün olduğu kadar çoğunu hala çalışır durumda bırakırken, yalnızca arızalı bileşenleri izole ederek güç sistemini kararlı tutmaktır. Bu nedenle, koruma şemaları, sistem hatalarını temizlemek için çok pragmatik ve karamsar bir yaklaşım uygulamalıdır. Güç sistemlerini arızalardan korumak için kullanılan cihazlara koruma cihazları denir .

Bileşenler

Koruma sistemleri genellikle beş bileşenden oluşur:

  • Elektrik güç sisteminin yüksek gerilim ve akımlarını rölelerin başa çıkabileceği uygun seviyelere düşürmek için akım ve gerilim trafoları
  • Arızayı algılamak ve bir açma veya bağlantı kesme siparişi başlatmak için koruyucu röleler
  • Röle ve otomatik tekrar kapama komutlarına göre sistemi açmak/kapatmak için devre kesiciler
  • Sistemde elektrik kesintisi olması durumunda güç sağlayacak piller
  • Bir hattın uzak terminallerindeki akım ve voltajın analizine ve ekipmanın uzaktan açılmasına izin veren iletişim kanalları.

Bir dağıtım sisteminin parçaları için sigortalar , arızaları hem algılayabilir hem de bağlantısını kesebilir.

Yalıtım arızası, düşmüş veya kopmuş iletim hatları, devre kesicilerin hatalı çalışması, kısa devre ve açık devre gibi arızalar her parçada meydana gelebilir. Koruma cihazları, varlıkların korunması ve sürekli enerji arzının sağlanması amacıyla kurulur.

Şalt, elektrikli ekipmanı kontrol etmek, korumak ve izole etmek için kullanılan elektrik bağlantı kesme anahtarları, sigortalar veya devre kesicilerin bir kombinasyonudur. Anahtarların normal yük akımı altında açılması güvenlidir (bazı anahtarların normal veya anormal koşullar altında çalışması güvenli değildir), koruyucu cihazların ise arıza akımı altında açılması güvenlidir. Çok önemli bir ekipman tamamen yedekli ve bağımsız koruyucu sistemlere sahip olabilirken, küçük bir dağıtım hattı çok basit ve düşük maliyetli korumaya sahip olabilir.

Dağıtım ağları için dijital (sayısal) çok işlevli bir koruyucu röle. Bu tür tek bir cihaz, birçok tek işlevli elektromekanik rölenin yerini alabilir ve kendi kendini test etme ve iletişim işlevleri sağlar.

Koruma türleri

Yüksek voltajlı iletim ağı

İletim ve dağıtım sistemi üzerindeki koruma iki işleve hizmet eder: tesisin korunması ve halkın (çalışanlar dahil) korunması. Temel düzeyde koruma, aşırı yük veya toprağa kısa devre olan ekipmanın bağlantısını keser. Trafolar gibi trafo merkezlerindeki bazı öğeler, diğerlerinin yanı sıra sıcaklık veya gaz basıncına dayalı olarak ek koruma gerektirebilir.

Jeneratör setleri

Bir elektrik santralinde, koruyucu röleler, dahili arızalar ve ayrıca yalıtım arızaları veya regülasyon arızaları nedeniyle anormal çalışma koşulları durumunda alternatörlere veya transformatörlere zarar gelmesini önlemeye yöneliktir . Bu tür arızalar olağandışıdır, bu nedenle koruyucu rölelerin çok nadiren çalışması gerekir. Bir koruyucu röle bir arızayı tespit edemezse, alternatörde veya transformatörde meydana gelen hasar, maliyetli ekipman onarımları veya değiştirilmesi gerektirebilir ve ayrıca enerji üretememekten ve satamamaktan kaynaklanan gelir kaybı olabilir.

Mesafe için aşırı yük ve yedekleme (aşırı akım)

Aşırı yük koruması, bir devredeki akımı basitçe ölçen ve onu önceden belirlenmiş değerle karşılaştıran bir akım trafosu gerektirir. İki tür aşırı yük koruması vardır: anlık aşırı akım (IOC) ve zamanlı aşırı akım (TOC). Ani aşırı akım, devre kesicinin çalışması için akımın önceden belirlenmiş bir seviyeyi aşmasını gerektirir. Zamanlı aşırı akım koruması, akıma karşı zaman eğrisine göre çalışır. Bu eğriye göre, ölçülen akım önceden ayarlanmış süre boyunca belirli bir seviyeyi aşarsa, devre kesici veya sigorta çalışacaktır. Her iki türün işlevi , YouTube'daki "Yönsüz Aşırı Akım Koruması" bölümünde açıklanmıştır .

Toprak hatası/toprak hatası

Toprak arıza koruması ayrıca akım trafoları gerektirir ve üç fazlı bir devrede bir dengesizliği algılar. Normalde üç faz akımı dengededir, yani büyüklük olarak kabaca eşittir. Bir veya iki faz düşük empedans yolu ile toprağa bağlanırsa, akım dengesizliği gibi büyüklükleri de çarpıcı biçimde artacaktır. Bu dengesizlik önceden belirlenmiş bir değeri aşarsa, bir devre kesici çalışmalıdır. Kısıtlı toprak arıza koruması, iki set akım trafosu arasında (dolayısıyla o bölge ile sınırlı) toprak arızasını arayan bir tür toprak arıza korumasıdır.

Mesafe (empedans rölesi)

Mesafe koruma hem voltajı hem de akımı algılar. Devredeki bir arıza genellikle voltaj seviyesinde bir sarkma yaratacaktır. Bir empedansa eşit olan röle terminallerinde ölçülen gerilimin akıma oranı, önceden belirlenmiş bir seviyeye inerse, devre kesici çalışacaktır. Bu, oldukça uzun hatlar, 10 milden uzun hatlar için kullanışlıdır, çünkü çalışma özellikleri hat özelliklerine bağlıdır. Bu, hatta bir arıza göründüğünde, röledeki empedans ayarının, röle terminallerinden arızaya giden hattın görünen empedansı ile karşılaştırıldığı anlamına gelir. Röle ayarının görünen empedansın altında olduğu belirlenirse, arızanın koruma bölgesi içinde olduğu belirlenir. İletim hattı uzunluğu çok kısa olduğunda, 10 milden az olduğunda, mesafe korumanın koordine edilmesi daha zor hale gelir. Bu durumlarda en iyi koruma seçimi akım diferansiyel korumasıdır.

Destek olmak

Korumanın amacı, bitkinin yalnızca etkilenen kısmını çıkarmaktır, başka bir şey değil. Bir devre kesici veya koruma rölesi çalışmayabilir. Önemli sistemlerde, birincil korumanın başarısız olması genellikle yedek korumanın çalışmasına neden olur. Uzaktan yedekleme koruması genellikle arızayı gidermek için tesisin hem etkilenen hem de etkilenmeyen öğelerini kaldırır. Yerel yedek koruma, arızayı gidermek için tesisin etkilenen öğelerini kaldıracaktır.

Alçak gerilim ağları

Düşük voltajlı bir şebeke genellikle hem aşırı yük ve toprak kusurlarını ortadan kaldırmak için sigorta veya alçak gerilim devre kesiciler dayanır.

Siber güvenlik

İletim ve kontrol sistemini içeren birbirine bağlı büyük bir elektrik sistemi olan toplu sistem, her gün yeni siber güvenlik tehditleri yaşıyor. (“Elektrik Şebeke Siber Güvenliği,” 2019). Bu saldırıların çoğu şebekelerdeki kontrol sistemlerini hedef alıyor. Bu kontrol sistemleri internete bağlıdır ve bilgisayar korsanlarının onlara saldırmasını kolaylaştırır. Bu saldırılar ekipmana zarar verebilir ve kamu hizmeti uzmanlarının sistemi kontrol etme yeteneğini sınırlayabilir.

Koordinasyon

Koruyucu cihaz koordinasyonu, anormal elektriksel koşullar oluştuğunda akım kesintisinin "en uygun" zamanlamasını belirleme işlemidir. Amaç, bir kesintiyi mümkün olan en büyük ölçüde en aza indirmektir. Tarihsel olarak, koruyucu cihaz koordinasyonu yarı saydam log-log kağıdında yapıldı. Modern yöntemler normalde ayrıntılı bilgisayar tabanlı analiz ve raporlamayı içerir.

Koruma koordinasyonu, güç sistemini koruma bölgelerine bölerek de gerçekleştirilir. Belirli bir bölgede bir arıza meydana gelirse, o bölgeyi tüm sistemden izole etmek için gerekli işlemler yapılır. Bölge tanımları jeneratörler , otobüsler , transformatörler , iletim ve dağıtım hatları ve motorlar için geçerlidir . Ek olarak, bölgeler aşağıdaki özelliklere sahiptir: bölgeler örtüşme, örtüşme bölgeleri devre kesicileri belirtir ve belirli bir bölgedeki arızalı tüm devre kesiciler arızayı izole etmek için açılır. Örtüşen bölgeler, her bir devre kesici için iki takım alet trafosu ve röle tarafından oluşturulur. Korumasız alanları ortadan kaldırmak için yedeklilik için tasarlanmıştır; bununla birlikte, örtüşen bölgeler mümkün olduğunca küçük kalacak şekilde tasarlanmıştır, öyle ki bir örtüşme bölgesinde bir arıza meydana geldiğinde ve arızayı kapsayan iki bölge izole edildiğinde, hizmetten kaybolan güç sisteminin sektörü iki bölgeye rağmen hala küçüktür. izole ediliyor.

Rahatsızlık izleme ekipmanı

Bozulma izleme ekipmanı (DME), bir arızayla ilgili sistem verilerini izler ve kaydeder . DME üç ana amacı gerçekleştirir:

  • Model geçerliliği,
  • bozulma araştırması ve
  • sistem koruma performansının değerlendirilmesi.

DME cihazları şunları içerir:

  • Olaya ekipmanın tepkisini kaydeden olay kaydedicilerin sırası
  • Sistem birincil gerilim ve akımlarının gerçek dalga biçimi verilerini kaydeden arıza kaydediciler
  • Düşük frekans (0,1 Hz – 3 Hz) salınımları ve anormal frekans veya voltaj sapmaları gibi dinamik olaylar sırasında güç sistemi davranışını gösteren olayları kaydeden dinamik bozulma kaydediciler (DDR'ler)

Performans ölçüleri

Koruma mühendisleri, güvenilirliği, koruma sisteminin bölge içi arızalar için doğru çalışma eğilimi olarak tanımlar. Güvenliği, bölge dışı arızalar için çalışmama eğilimi olarak tanımlarlar. Hem güvenilirlik hem de güvenlik, güvenilirlik sorunlarıdır. Hata ağacı analizi, bir koruma mühendisinin önerilen koruma şemalarının göreceli güvenilirliğini karşılaştırabileceği bir araçtır. Koruma güvenilirliğini ölçmek, bir koruma sistemini geliştirmeye yönelik en iyi kararları almak, güvenlikle ilgili ödünleşimlere karşı güvenilirliği yönetmek ve en az parayla en iyi sonuçları elde etmek için önemlidir. Rekabetçi kamu hizmeti endüstrisinde nicel bir anlayış esastır.

Sistem koruma cihazları için performans ve tasarım kriterleri; güvenilirlik, seçicilik, hız, ekonomi ve basitliği içerir.

  • Güvenilirlik: Cihazlar, arıza koşulları oluştuğunda, muhtemelen aylarca veya yıllarca boşta kalmalarına bakılmaksızın tutarlı bir şekilde çalışmalıdır. Bu güvenilirlik olmadan, sistemler maliyetli hasarlara neden olabilir.
  • Seçicilik: Cihazlar, garanti edilmeyen, yanlış yolculuklardan kaçınmalıdır.
  • Hız: Cihazlar, ekipman hasarını ve arıza süresini azaltmak için yalnızca çok hassas kasıtlı zaman gecikmeleriyle hızlı bir şekilde çalışmalıdır.
  • Ekonomi: Cihazlar minimum maliyetle maksimum koruma sağlamalıdır.
  • Basitlik: Cihazlar, koruma devresini ve ekipmanını en aza indirmelidir.


Güvenilirlik: Güvenilirlik ve Güvenlik

Koruma sistemlerinin güvenilir şekilde çalışmasının iki yönü vardır: güvenilirlik ve güvenlik. Güvenilirlik, arızalı bir elemanı güç sisteminden çıkarmak için çağrıldığında koruma sisteminin çalışma yeteneğidir. Güvenlik, koruma sisteminin harici bir arıza sırasında çalışmasını engelleme yeteneğidir. Koruma sistemini tasarlarken güvenlik ve güvenilirlik arasındaki uygun dengeyi seçmek, mühendislik muhakemesi gerektirir ve duruma göre değişir.

Ayrıca bakınız

Notlar

Referanslar