Şekil – 35’de üç fiderin ucuna değişik bağlantı gruplarında üç çeşit dağıtım trafosu bağlanmıştır. Fiderlerden birinde meydana gelecek faz-toprak arızalarında, arıza noktasından bakıldığında, tr-3 ün sekonder sargısı üçgen olduğundan en küçük (Xo) sıfır bileşen reaktansını bu trafo gösterir. tr-2’nin primer sargısı üçgen olmasına rağmen, sargılarının topraklama teması neticesinde geçecek olan arıza akımı , bu trafoyu servis dışı bırakmalıdır.
Aksi halde Fd-2’nin hat başındaki toprak rölesi çalışacaktır.
O.G. (Orta gerilim barası, örneğin 35 kV ve daha altı)’den çıkan fiderlerin minimum koruma düzeni, (iki aşırı akım+toprak) düzenidir. Üç aşırı akım ve bir toprak rölesi de konulabilir. Radyal olmasına rağmen faz-toprak arıza akımlarında seçici bir çalışma sağlayabilmek için bazen fider çıkışlarındaki toprak röleleri yönlü yapılır.
Şekil – 35 13.2. Direnç Üzerinden Topraklı Dağıtım Şebekeleri
Fiderlerde minimum olarak (2 aşırı akım+toprak) düzeni kullanılır. Yalnız toprak rölesinin akım ayarı, 300 veya 1000 A’e göre yapılmalıdır.
Bu tip sistemlerde göz önüne alınması gerekli olan en mühim nokta, hat sonu dağıtım trafolarının primer sargılarının üçgen veya nötrü yalıtılmış yıldız olması gereğidir. Faz-toprak arızasında RN direncinde faz nötrü gerilimi meydana gelmektedir. Eğer hat sonundaki dağıtım trafosunun bağlantısı yıldız/yıldız ve primer sargı nötr noktası da direkt olarak topraklıysa, bu trafonun sağlam iki faz sargılarına faz arası gerilimi gelir ve sargıları izolasyon bakımından zorlar. Bunu önlemek için trafonun primer yıldız nötrü izole edilip, bir parafudr üzerinden topraklanır.
Şekil – 36 13.3. İzole (Yalıtılmış) Dağıtım Şebekeleri a. Faz-Toprak Arızalarında Akımların Dağılışı:
Şekil – 37’de, orta gerilim dağıtım şebekesi, trafonun üçgen sargısından beslenmekte olup, yalıtılmış bir sistemdir. Burada fiderler, yaygın bir yer altı kablo şebekesi veya toplam uzunlukları çok fazla olan bir havai hat şebekesi ise; her fazın toprağa göre olan C0 kapasitesi etkili olur. Bu nedenle, bu sistemin, normal toprak röleleriyle korunması kolay değildir. Bir fiderden gelen arızada, sağlam fiderler de kendi toprak rölelerinden açabilirler. Arıza noktasından dağılan toplam arıza akımını büyük çapta C0 kapasiteleri belirler. Fiderlere yönlü toprak röleleri bağlanmakla seçicilik sağlanır. Ancak bu tertipler de kısa hatlarda (C0’ın küçük olduğu hallerde), iyi netice vermez.
Bu durumda, şekilde V0 ile gösterilen rezidüel gerilim koruması kullanılır.
Şekil – 37 b. Tek Fider Hali:
Böyle bir arızada, akım dağılışı, Şekil – 38’de gösterilmektedir. Arızalı olan C fazının C0 kapasitesi kısa devre olmaktadır. Sağlam fazlardan geçen Ia(c) ve Ib(c) kapasitif akımları arasındaki faz açısı 600’dir. (X) noktasında nötr akımının değeri teorik olarak sıfır ise de, bazı kaçaklardan dolayı belli bir dengesizlik akımı akabilir; fakat buna dayanılarak toprak rölesi kullanmak doğru değildir.
Şekil – 38
c. Çok Fider Durumu (Şekil – 39) :
Eğer aynı baraya bağlı birden fazla fider varsa; örneğin III nolu fiderde meydana gelecek faz-toprak arızasında, yalnız bu fiderin değil arızanın olmadığı I ve II nolu fiderlerin de C0 kapasiteleri etkili olur. Arıza akımları, bu sağlam fiderlerin de kapasitelerinden geçerek, arıza noktasına dönerler.
Bu tip arızalarda, toprak rölelerini doğru ve seçici olarak çalıştırmak güçtür.
Yaygın bir kablo veya uzun bir havai hat şebekesi varsa fiderlere kapasitif akıma göre dizayn edilmiş yönlü toprak röleleri konulması önerilir.
Şekil – 39 13. FAZ-TOPRAK ARIZALARINDA GERİLİMLER
İzole sistemlerde faz-toprak arıza akımlarının algılanması zordur. Buna mukabil arıza noktasında ve kaynak tarafında meydana gelen gerilim değişimlerine göre, koruma dizaynı daha basit olur. Şekil 40’da gösterilen trafonun izole sargısından beslenen baraya üç adet mono-faze gerilim trafosu bağlanır ve ortak nötr topraklanır. F noktasında, C fazı ile toprak arasındaki arızada, gerilim trafolarındaki değişimler şöyle açıklanabilir: C fazı ünitesinin gerilim trafosu sargılarındaki gerilim sıfırdır. Yıldız noktasına, C faz gerilimi gelir ve sağlam faz sargılarına VB-C ve VA-C faz arası gerilimleri gelmektedir. Arızasız halde, açık üçgen sargı uçlarına bağlı olan rezidüel gerilim rölesine gelen 3V0 = Vrez gerilimi takriben sıfırken, faz-toprak arızasında, nötr noktası kayması nedeniyle, 3V0 = Vrez = 100 voltluk bir gerilim gelir. Buradaki gerilim rölesi çalışır. Arızanın hangi fiderden geldiği anlaşılmadığından, burada röleden sadece sinyal alınır. Geçici hallerde sık sık çalışmaması için rölenin kontağı 3-5 sn.’lik gecikmeyle kapattırılır ve sinyal silinemiyorsa, faz-toprak arızasının kalıcı olduğu anlaşılır.
Burada bilinmesi gerekli olan en mühim özelliklerden biri de; gerilim trafolarının primer sigortalarından birinin atması veya açılması durumunda röleye gelecek rezidüel gerilimin ne olacağıdır. Sistemin toprağa göre olan kapasiteleri ihmal edilirse, teorik olarak açık üçgen sargı uçlarında rezidüel gerilim meydana gelmez. Ancak yüksek gerilimli şebekelerde her fazın toprağa göre eşdeğer bir kapasitesi vardır ve bu yüzden rezidüel gerilim
Şekil – 40 14. FERRO – REZONANS OLAYI
İzole bir trafonun beslediği bara, boşta devreye alındığında bazen faz-toprak arızası varmış gibi rezidüel gerilim rölesi çalışarak devamlı sinyal verir. Bu çalışmanın olabilmesi için, sistemin faz başına C0 kapasitesinden bulunan kapasitans değerinin, baraya bağlı olan gerilim trafolarının beher ünitesinin mıknatıslama reaktansına oranının belli değerler içinde kalması gerekir.
Bunun olup olmayacağını hesap yöntemiyle tespiti zordur. Ancak böyle bir durum ortaya çıktığı zaman baraya bir miktar yük verildiğinde sinyal siliniyorsa, adı geçen olay var demektir. Rezidüel gerilim rölesinin uçlarına 100 Watt civarında bir yük direnci bağlandığında, bu yanlış çalışmanın önüne geçilebilir.