Kayıtlara geçen ilk gerilim çökmesi olayı Fransa’da meydana gelmiştir. Meydana gelen olay, uzun radyal iletim hatlarına eşdeğer sistemin bazı kısımlarındaki uygun olmayan gerilim regülasyonu ile ilişkilendirilmiştir. Sistemin yeterli reaktif gücü sağlayamaması ve LTC transformatörlerinin yanlış manevraları gerilim çökmesinin en önemli nedenleri arasında görülmektedir (Khan, 1993).
Literatürde kayıtlara geçmiş dünya genelinde meydana gelen çok sayıda başka gerilim kararsızlığı olayları bulunmaktadır. Bunlardan bir kısmı Çizelge 2.1’de gösterilmiştir. Meydana gelen bu olaylardan bazılarının nasıl meydana geldikleri aşağıda açıklanmaya çalışılmıştır (Khan, 1993).
Çizelge 2.1 Dünya genelinde meydana gelen gerilim çökmesi olaylarından bazıları
Ülke Sistem Tarih 22 Eylül 1970 New York 13 Temmuz 1977 28 Aralık 1982 A.B.D. Florida 17 Mayıs 1985 19 Aralık 1978 FRANSA EDF 12 Ocak 1987 JAPONYA TEPCO 23 Temmuz 1987
İSVEÇ İsveç Güç Sistemi 27 Aralık 1983
BELÇİKA Belçika Güç Sistemi 4 Ağustos 1982
Fransa’da elektrik sisteminde 19 Aralık 1978’de meydana gelen gerilim çökmesi olayı, 25 dakikalık süre boyunca 400 kV’luk sistemdeki yavaş gerilim azalması ile karakterize edilir. Aşırı yüklenmeye bağlı olarak hatlardan birinin devre dışı kalmasından sonra gerilim bu süre boyunca %10 civarında düşmüştür. Başlangıçtaki düşük gerilim seviyesi, iletim hattının fazla yüklenmesi, üretim ve tüketim merkezleri arasındaki uzak mesafe, yetersiz reaktif güç kompanzasyonu bu olayların sebepleri arasında yer almaktadır. Generatörlerin bazılarının reaktif güç sınırlarına ulaşmaları ve artan talep dışında gerilim düzeyini koruyamamaları durumu daha da kötüleştirmiştir.
27 Aralık 1983 tarihinde İsveç’te enerji sisteminin bir bölümü devre dışı kalmıştır. İsveç güç sistemi kuzey-güney doğrultusunda uzanan büyük oranda radyal bir sistemdir. Çökmeye neden olan bozulma çok yüklü bir sistemin devre dışı kalmasıdır. Sistemin yüklü olması kadar sistemin topolojisinde meydana gelen değişiklik gerilim kararsızlığında etkili olmuştur. Önemli kuzey-güney hatlarından birisi hesaplanan kritik güç seviyesinin sadece 0,2 GW altında yani 5,6 GW güç transferi yaparken ülkenin doğusundaki 400 kV’luk bir barada meydana gelen toprak arızası 400 kV şalt tesislerinden birini devre dışı bırakmıştır. Arızadan sonraki ilk birkaç saniyede yük yeniden şebekede paylaştırılmış ve geçici salınımlar hızlıca söndürülmüştür. Ancak sonuçta ülkenin güneydoğusundaki gerilim seviyesi düşmüştür. 8 saniye sonra, sistemin doğu kısmındaki tek 220 kV’luk hat aşırı yükten dolayı devre dışı kalmış ve kuzey-güney iletim hattı daha fazla yüklenmiştir. Sistemin güneyindeki gerilimler düşmeye devam ederken 50 saniye sonra 400 kV hatlardan biri daha açmıştır. Böylece kuzey- güney yönündeki diğer hatlar ardı ardına devre dışı kalmış ve ülkenin güney kısmı bölgesel üretim sayesinde bünyesindeki yüklerin sadece %50’sini besleyebilmiştir. Sistemin tekrar devreye alınması saatler sürmüştür. Bu gerilim çökmesi olayı, yük artışından ziyade sistemin topolojisindeki değişiklikten kaynaklanan bir örnektir.
Diğer bir olay 1987 yılında Japonya’da meydana gelmiştir. Japon elektrik sistemi, yüksek gerilim doğru akım (HVDC) dönüştürücüleri ile birbirine bağlı 50 Hz ve 60 Hz çalışma frekansına sahiptir. Tokyo ve civarını besleyen sistem 50 Hz frekansına sahiptir. Nükleer ve büyük termik santraller gibi başlıca üretim merkezlerinin hepsi doğu kısmında yer almaktadır. Üretilen güç 500 kV’luk hatlar ile tüketimin yoğun olduğu batı kısmına taşınır. 23 Temmuz 1987’de sıcaklık rekor seviyedeki 102 0F (38,89 0C) değerine ulaşmış ve özellikle klimalara olan gereksinimden dolayı çok kısa bir sürede talep yaklaşık 3 GW artmıştır. Bu sırada talebin artış oranı 400 MW/dk değerindedir. Gerilimler zamanla azalmaya başlamış ve tüm şönt kapasitörler ihtiyaç duyulan reaktif gücü üretmek için devreye alınmıştır. Ancak talep
gücünün artmaya devam etmesi 500 kV’luk şebekedeki gerilimin kısa süre içerisinde önce 460 kV sonra da 370 kV düzeyine kadar düşmesine neden olmuştur. Ardından şalt tesislerinin devre dışı kalması sonucu yaklaşık 3 milyon kişi enerjisiz kalmıştır. Arıza sırasında devre dışı kalan 8,2 GW yükün tekrar işletmeye alınması yaklaşık üç saat kadar sürmüştür. Çizelge 2.2’de meydana gelen olayın ayrıntılı zaman-olay tablosu verilmiştir. Japonya örneği topolojik değişimden veya operatör hatasından kaynaklanan bir çökme değil tamamıyla yükteki artıştan kaynaklanan bir olaydır. Dolayısıyla bu olay eğer çatallaşmanın çok iyi bir örneğidir.
Son dönemde en büyük gerilim çökmesi olayı 14 Ağustos 2003 tarihinde Amerika Birleşik Devletleri (ABD)’nde yaşanmıştır. Ortabatı Bağımsız İletim İşletmesi (MISO) sorumluluğundaki 8 eyaleti ve Kanada’nın bazı bölgelerini kapsayan bu olayda 61,800 MW yük kaybı sonucunda yaklaşık 50 milyon insan enerji kesintisinden etkilenmiştir. Bazı bölgelerde 4 gün bazı bölgelerde ise 1 hafta süreyle sistem devreye alınamamıştır. ABD’deki maddi kaybın 4-10 milyar dolar olduğu, Kanada’daki kaybın ise 2.3 milyar (Kanada) dolar olduğu tahmin edilmiştir. Gerilim çökmesi, çok farklı sistem operatörlerinin yer aldığı ABD’deki enerji pazarında işletmeler arasındaki koordinasyonun çok iyi olmamasından kaynaklanmıştır. Sistemin güvenilir bir şekilde işletilmesi için gereksinimlerin karşılanamaması sonucu olay böylesine büyük boyutlara ulaşmıştır (Wisconsin PSC, 2004). Yukarıda bahsedilen gerilim kararsızlığı örneklerinden de anlaşıldığı gibi, gerilimin belli bir seviyede tutulabilmesi için iletim hatlarındaki güç transferinin belli bir üst sınırı vardır. Güç artışı sonucunda gerilim düşümü ve akım artar. Bunu algılayan koruma röleleri devreye girerek açmayı gerçekleştirir. Böylece sistemin bir kısmı devre dışı kalacağından enerji sisteminin topolojisi değişebilir. Bu olaylarda gerilim düşümü çoğu zaman yavaştır ve gerekli önlemler alınarak gerilim çökmesi önlenebilir.
Çizelge 2.2 Japonya TEPCO sistemindeki gerilim çökmesine ait zaman-olay tablosu Zaman Durum Sabah En yüksek talep 39,100 MW
12:40 civarı Talep 36,500 MW
13:00 Talep 38,200 MW,
Şönt kapasitörler devreye girdi, Generatörlerin reaktif gücü artmıştır 13:00’den itibaren Talep artışı 400 MW/dk
Gerilim giderek düştü
13:07’e kadar Mevcut tüm kapasitörler devrede 13:10 civarı Talep 39,300 MW (rekor düzey) 13:15 civarı Gerilim 460 kV (0.92 pu)
13:19 civarı Batı bölgesi gerilimi 370 kV (0.76 pu) Doğu bölgesi gerilimi 390 kV (0.78 pu) Koruma röleleri tarafından üç istasyon açtı
8,168 MW devre dışı (2.8 milyon tüketici etkilenmiştir) 13:23-13:35 Üç istasyon devreye alındı
13:36 Yaklaşık 4,700 MW devreye alındı 14:30 Yaklaşık 6,300 MW devreye alındı 16:00 Yaklaşık 7,300 MW devreye alındı 16:40 Devreye alınma tamamlandı