3. ATS S Đ STEM YAPILARININ Đ NCELENMES Đ
3.3.3 Bile ş ke vektöriyel gerilim (V/Hz)
Büyük bir generatör ve trafo üzerinden beslenen bir motor yüküne ait tek hat şeması
Şekil 3.5’deki gibi gösterilebilir [12]. Motor yükü sistemden ayrıldığında, generatör
bara gerilimine ait genlik ve frekans değişmeden devam edecek, ancak motor
terminal gerilimi değişecektir. Toplam dönüş ataleti bir kaynak gibi hareket ederek dönen ekipmanlara enerji transfer edecektir.
Şekil 3.5 : Büyük bir generatör ve trafo üzerinden beslenen bir motor tek hat
gösterimi [12].
Vs : Sistem voltajı Vm : Motor terminal gerilimi
Kesici açılmadan önce V de yük-tork açısına ba
senkronizasyonu takip etmektedir. Ancak motor sist ve yük karakteristiğine ba
Belli bir süre sonrada sistem gerilimi ile senkron olamayaca gösterilen φ2 açısına ula
arasında motor artık gerilimi ile sistem geriliminin bile oluşacaktır.
Şekil 3.6 :
Ek A.2’de verilmiş olan ANSI C50.41 standardı, motor artık V/Hz ve ana besleme
kaynağı V/Hz arasında, bile
adlandırılan bir değeri
olduğuna karar verebilmek için bile
kavram ilgili standartta
V/Hz değerini saptamak için h
kaynağın genlik, açı ve frekans de
Şekil 3.7 :
25
Kesici açılmadan önce Vs sistem gerilimi senkron hızda dönmekte ve motor gerilimi
tork açısına bağlı olarak φ1 açısı kadar farkla Şekil 3.6 (a)’da gösterildi
senkronizasyonu takip etmektedir. Ancak motor sistemden ayrıldığ
ğine bağlı olarak, motora ait rotor hızı düşmeye ba
Belli bir süre sonrada sistem gerilimi ile senkron olamayacağ
açısına ulaşacaktır. Kesiciyi tekrar kapamak istediğimizde kesici uçları
arasında motor artık gerilimi ile sistem geriliminin bileşkesinden olu
(a) (b)
Şekil 3.6 : (a) Kesici açılmadan önceki faz açısı (b) Kesici açıldıktan sonraki faz açısı [12]
ş olan ANSI C50.41 standardı, motor artık V/Hz ve ana besleme
ı V/Hz arasında, bileşke vektöriyel V/Hz (resultant vectorial V/Hz) diye
ğeri referans almaktadır. Bir bara transfer sisteminin ba
una karar verebilmek için bileşke vektöriyel V/Hz önemli bir de
kavram ilgili standartta Şekil 3.7’de gösterildiği gibi açılanmıştır. Bile
erini saptamak için hem motor artık geriliminin, hem de beslenilecek olan
ın genlik, açı ve frekans değerlerinin bilinmesi gerekmektedir [11].
ekil 3.7 : Bileşke Vektöriyel Gerilim V/Hz ifadesinin elde edilmesi [9]. f : Sistem frekansı (per unit)
Vs : 1 p.u. (sistem frekansında)
Sistem eşdeğeri V/Hz
Vm : Motor Artık Gerilim V/Hz (sistem bazlı)
VR : Bileşke Vektöriyel V/Hz
(Kesici uçlarındaki açık devre gerilimi V/Hz)
Ѳ : Transfer anı öncesi motor barası ve yeni kaynak
arasındaki faz açısı
sistem gerilimi senkron hızda dönmekte ve motor gerilimi ekil 3.6 (a)’da gösterildiği gibi
emden ayrıldığında toplam atalet
şmeye başlayacaktır.
Belli bir süre sonrada sistem gerilimi ile senkron olamayacağı Şekil 3.6 (b)’de
stediğimizde kesici uçları kesinden oluşan bir gerilim
açılmadan önceki faz açısı (b) Kesici açıldıktan sonraki faz açısı [12]
olan ANSI C50.41 standardı, motor artık V/Hz ve ana besleme ke vektöriyel V/Hz (resultant vectorial V/Hz) diye referans almaktadır. Bir bara transfer sisteminin başarılı ke vektöriyel V/Hz önemli bir değerdir. Bu
ştır. Bileşke vektöriyel em motor artık geriliminin, hem de beslenilecek olan
erlerinin bilinmesi gerekmektedir [11].
V/Hz ifadesinin elde edilmesi [9]. V/Hz (sistem bazlı)
(Kesici uçlarındaki açık devre gerilimi V/Hz) : Transfer anı öncesi motor barası ve yeni kaynak
Bileşke vektöriyel gerilim V/Hz ifadesi
.
Bu değer faz açısı, gerilim büyüklükleri ve frekansa ba
transferin gerçekleştirilmesi için kullanmak, bu farkı algılayacak ekipmanın kullanımı
göz önüne alındığında zorlaş
kullanmak, motor ve besleme kayna
farklılıklarının etkisini ihmal etmek anlamına gelecektir.
3.3.3.1 Bileşke gerilimin önemi
Alternatif besleme kaynak gerilimi ile motor bara geriliminin ters fazda oldu motor barasına ait gerilim genli
belirgin olarak düşmediği en kötü durum göz önüne alınabilir [10].
(a)
Şekil 3.8 : Besleme ve motor gerilim vektörlerinin ters fazda olması [13].
Ana besleme kaynağı kesildi
başlayacaktır [13]. Şekil 3.8 (a)’da elektriksel açı yakla
verilmiştir. Şayet bu noktada motor besleme kayna
uygulanan toplam gerilim Vs ve Vm arasındaki fark kadar olup, yakla normal hat gerilimine yakındır. Bu durumda motor kalkı
normal kalkış akımına yakın olacaktır. Ancak,
180 dereceye ulaşması ve Motor gerilim genli
göstermemesi durumunda motor ger
normal hat geriliminin yaklaş
akımları, normal kalkış akımının en azından 2 katı olacaktır. Testlerde normal
transient kalkış akımlarının tam yük akımını
26
ke vektöriyel gerilim V/Hz ifadesi (3.2) eşitliği ile ifade edilebilir
er faz açısı, gerilim büyüklükleri ve frekansa bağlıdır. V/Hz kriterini bir tirilmesi için kullanmak, bu farkı algılayacak ekipmanın kullanımı
ında zorlaşmaktadır [11]. V/Hz kriteri yerine sadece gerilimi
kullanmak, motor ve besleme kaynağı arasında meydana gelebilecek frekan
farklılıklarının etkisini ihmal etmek anlamına gelecektir.
ke gerilimin önemi
Alternatif besleme kaynak gerilimi ile motor bara geriliminin ters fazda oldu
motor barasına ait gerilim genliğinin ana besleme kaynağından ayrıldıktan sonra
i en kötü durum göz önüne alınabilir [10].
(b)
Besleme ve motor gerilim vektörlerinin ters fazda olması [13].
ı kesildiğinde motor yavaşlamaya ve Φ açısı
ekil 3.8 (a)’da elektriksel açı yaklaşık 60 derece olarak
ayet bu noktada motor besleme kaynağına bağlandığında, motora
uygulanan toplam gerilim Vs ve Vm arasındaki fark kadar olup, yaklaş
limine yakındır. Bu durumda motor kalkış akımı, yaklaş
akımına yakın olacaktır. Ancak, Şekil 3.8 (b)’de gösterildiği gibi
ması ve Motor gerilim genliğinin kayda değer bir dü
göstermemesi durumunda motor gerilimi ile şebeke gerilimi arasındaki vektörel fark,
normal hat geriliminin yaklaşık iki katı olacaktır. Tekrar kapama üzerine kalkı
akımının en azından 2 katı olacaktır. Testlerde normal
akımlarının tam yük akımının 8.8 katı ile 10 katı arasında,
(3.1)
(3.2)
V/Hz kriterini bir tirilmesi için kullanmak, bu farkı algılayacak ekipmanın kullanımı maktadır [11]. V/Hz kriteri yerine sadece gerilimi ı arasında meydana gelebilecek frekans
Alternatif besleme kaynak gerilimi ile motor bara geriliminin ters fazda olduğu ve ından ayrıldıktan sonra
Besleme ve motor gerilim vektörlerinin ters fazda olması [13]. çısı artmaya ık 60 derece olarak
ğında, motora
uygulanan toplam gerilim Vs ve Vm arasındaki fark kadar olup, yaklaşık olarak
akımı, yaklaşık olarak ekil 3.8 (b)’de gösterildiği gibi Φ’nın er bir düşüş
ebeke gerilimi arasındaki vektörel fark,
ık iki katı olacaktır. Tekrar kapama üzerine kalkış
akımının en azından 2 katı olacaktır. Testlerde normal
27
sub-transient akımlarının da %50 fazla oranda 13.2 ile 15 katı arasında olduğu
görülmüştür.
Ancak ters fazda, senkron olmayan bir kapatma sırasında transient akımlar
20 katına ve subtransient akımlar da 30 katına çıktığında kesiciler kolayca trip
edebilecektir. Bu subtransient koşullarında, motorlar aynı zamanda aşırı yüklere de
maruz kalmaktadırlar.
Motora etki eden kuvvet (3.3)’de denklem ile gösterilebilir.
F K i (3.3)
Buradaki değişkenler aşağıdaki şekilde açıklanabilir.
: Kuvvet : Makine sabiti : Kalkış akımı
(3.3)’deki ifadeden, motor kalkış akımının iki katına çıkması durumunda, motorun 4 kat kalkış gücüne maruz kalacağı açık bir şekilde görülebilecektir. Bu kuvvetler,
anormal manyetik zorlanmalara, motor sargılarında, şaftlarda ve kaplinlerde
mekanik şoklara neden olmakta ve bu etkilerin bileşimi ve yorulma neticesinde çok
erken motor arızaları ortaya çıkmasına neden olmaktadır. Bu kuvvetler stator
sargılarının gevşemesine, rotor çubuklarının zayıflamasına şaft burulmalarına veya
makinanın bulunduğu kaideden kopmasına dahi yol açabilmektedir [10].
3.3.3.2 Bileşke vektöriyel gerilim ve transfer arasındaki ilişki
Tipik bir motor bara modeli Şekil 3.9’da gösterilmiştir [5]. Transfer sırasında her iki
kesicinin de açık olduğu sırada, alternatif gerilim kaynağına ait kesicinin uçlarında bara geriliminin açı ve genlik karakteristiğine bağlı olarak bir gerilim meydana
gelecektir. Önceki bölümlerde ifade edildiği gibi ER değeri ANSI C50-41
standardında belirtilen 1.33 p.u. V/Hz değerini aşmamalıdır. ER bileşke vektöriyel
gerilim V/Hz karakteristiği Şekil 3.10’daki gibi değişim gösterebilmektedir.
Şekil 3.9 : Basitleştirilmiş motor bara modeli [5].
V : Bara Gerilimi
V : Alternatif besleme
kaynağı gerilimi ve açısı
V : Normal besleme gerilimi
V : Motor gerilimi
Z : Normal besleme empedansı
Z : Eşdeğer motor yük empedansı
Z : Alternatif besleme empedansı
VR : B kesicisi uçları arasındaki açık devre gerilimi
28
Tipik iki baraya ait ER değerinin zaman (periyot)’a göre değişimi Şekil 3.10’da
gösterilmiştir. Her iki eğri de hızlı transfer ve eş-fazlı transfere karşılık gelen iki önemli minimuma sahiptir. Motorlardaki transient torkları minimuma indirgemek
için alternatif kaynağa ait kesici bu iki minimum değerden birinde kapatılmalıdır.
Bara 1 için ER=0.45 p.u. V/Hz değerinde hızlı transfer gerçekleştirilebilir.
Bu nokta şekilde A noktası ile gösterilmiştir ve kesici kapama zamanı için 5 periyot
öngörülmüştür. Bara 1 için 34. periyoda denk gelen ve şekilde B noktası ile
gösterilen ER=0.6 p.u. V/Hz değerinde eş-fazlı transfer gerçekleştirilebilir. Sonuç
olarak ER değerinin daha düşük olması ve daha kısa transfer zamanı gerektirmesi
nedeniyle Bara 1 için hızlı transfer kullanılmalıdır.
Şekil 3.10 : Bileşke vektöriyel gerilim V/Hz ve transfer arasındaki ilişki [5].
Bara 2 için ER=1 p.u. V/Hz değerinde hızlı transfer gerçekleştirilebilir. Kesici kapama
süresi için gene 5 periyot öngörülmüş olup D noktası ile gösterilmiştir.
Bara 2 için ER=0.5 p.u. V/Hz değerine sahip E noktasında eş-fazlı transfer
gerçekleştirilebilecektir. Eş-fazlı transfer tekniğinde faz açısının ilk sıfır geçişinde
transfer gerçekleştirilmektedir. Eş-fazlı transferde Bara 1 için gerekli süre 34 periyot
iken, Bara 2 için gerekli süre 15 peryottur. Bu sonuca göre Bara 2 için en iyi transfer tekniğinin eş-fazlı transfer olduğu görülmektedir. Bu örnekten de açıkça görüldüğü
gibi alternatif gerilim kaynağına ait kesicinin kapama süresine ve bara karakter
yapısına bağlı olarak en iyi transfer seçimi değişiklik gösterebilmektedir.
Şekil 3.10’dan çıkartılabilecek önemli bir sonuçta artık gerilime bağlı transferi ile ilgilidir. Her iki bara yapısı için de ER değeri 1.0 p.u. V/Hz değerine düşmektedir.
Bu yüzden artık gerilime bağlı transfer, motor sistemlerini doğru seçilmiş hızlı veya
eş-fazlı transferden daha büyük ER değerlerine maruz bırakacaktır. Buna ilave
olarak artık gerilime bağlı transfer, hızlı transfer veya eş-fazlı transferden daha uzun
bir süre gerektirmektedir. Bu nedenle, motor transfer sistemlerinde en az transfer transientini sağlamak için hızlı transfer veya eş-fazlı transfer yapısı seçilebilir ve
29
artık gerilime bağlı transfer yapısı bu iki transfer yapısının yedeği olarak
kullanılabilmelidir.
Artık gerilime bağlı transfer, bara geriliminin nominal gerilimin %33 değerinin altına
düşmesi durumunda harekete geçirilir ve alternatif kaynağa ait kesicinin kapatılması
ile sonlanır. Her bir metot, kabul edilebilir değer olan 1.33 p.u. V/Hz değerini
aşmamakla birlikte hızlı transfer veya eş-fazlı transfer metodu kullanıldığında
transient torkları en aza indirgenmektedir. Transfer teknikleri arasındaki doğru seçim
sayesinde maksimum değer kabul edilen 1.33 p.u. V/Hz değerinin oldukça altına
inilebilmektedir.
Ancak Şekil 3.10’da, bara gerilimi ile alternatif gerilim kaynağı gerilimi arasında küçük bir başlangıç faz farkı olduğu ve ana besleme kaynağına ait A kesicisinin açıldığı anda bu farkın değişmediği öngörülmüştür [5].
Oysa, birbirinden bağımsız 3 faktör başlangıç faz açısını belirlemektedir.
i. transfer başladığında Vb ile Va arasında statik bir faz açısı mevcut olabilir,
ii. ana beslemeye ait A kesicisi açtığı anda, Vb fazı bir sıçrama gösterebilir.
iii. ana beslemeye ait A kesicisi açtığındaki sistem kararsızlıklarından dolayı,
alternatif kaynak geriliminin (Va)fazı da değişebilir.
Yukarıda açıklanan 3 faktöre bağlı olarak bileşke faz farkı, hızlı transfer metodunun
kullanılması olasılığını tümüyle ortadan kaldırabilmektedir. Buna ek olarak transfer yapıldığı sıradaki faz farklılığı her defasında farklı olacaktır. Başlangıç açısı, baradaki yüklenmeye ve kontrolümüz dışında olan ünite dışındaki harici şartlardan etkilenmektedir.