Yüksek gerilim şalt sahaları elektrik enerjisini üreten kaynaklar ile tüketici kaynakları arasındaki güç iletim zincirinin önemli bir halkasını oluşturur. Trafo merkezleri iki farklı şekilde tasarlanabilir. Bunlardan sürekli olarak kullanılan hava yalıtımlı açık şalt sahalı trafo merkezleri (AIS) diğeri ise açık ve kapalı alanlarda kurulan SF6 gazı ile yalıtılmış kapalı ve mahfazalı trafo merkezleridir(GIS). AIS (Air Insulated Substation) hava yalıtımlı trafo merkezleri, çevre şartlarının dikkate alınmadığı ve yer sınırlamasının olmadığı her yerde yaygın olarak kullanılmaktadırlar. AIS’ler 800kV’a kadar ki yüksek gerilimlerde tasarlanabilmektedir. AIS’lerin montaj maliyetleri düşüktür. Açık şalt sahalı trafo merkezlerinin elamanlarının her biri tesiste monte edilir. Ancak elemanların açık alanda oluşundan dolayı, gerilim altında çalışma yapmak ve dokunmak tehlikelidir. Bu trafo merkezleri hava ve çevre etkilerine doğrudan maruz kalmaktadır. Açık şalt sahasına ait resim şekil 3.1 ‘de gösterilmiştir.
Şekil 3.1 Açık Şalt Sahalı Trafo Merkezi
GIS uygun bir şekilde bir araya getirilmiş kompakt boyutları ve tasarımı nedeniyle, 1100 kV’ a kadar olan trafo merkezleri şehir ve endüstri bölgelerindeki yük merkezlerinin tam ortalarına kurulabilme imkanı sunmaktadır. Burada kullanılan elamanların büyük bir kısmı fabrikada montaj edilmektedir. GIS kesici devresi, ayrıcılar, akım trafosu, kontrol ve koruma ekipmanları, dahili kilitleme ile izleme vb. elemanlardan oluşmaktadır. GIS’ın topraklanmış metal mahfazası, GIS’ın iç ünitelerini sadece çevre etkilerine karşı değil, ayrıca çalışanları da elektrik çarpmalarına karşı koruma görevi yapar. GIS’ler açık alanda, bina içlerine ve bina altlarına da tesis edilebilmektedirler. Şekil 3.2 ‘de GIS trafo merkezine ait yerleşim planı verilmiştir.
Şekil 3.2 GIS’ın Yerleşim Şekli
GIL(Gas İnsulated Line), gaz yalıtımlı ekipmanın özel bir uygulamasıdır.Bu iletim hatları, havai hatlarının herhangi bir sebepten dolayı kullanımlarının uygun olmadığı yerlerde kullanılır. Düşük direnç, az kapasite kayıpları ve düşük seviyedeki elektromanyetik alan meydana getirmesinden dolayı, yüksek güç iletmek mümkündür.
Sistemin planlanması, tasarlanması, yapılışı ve montajdan sonra çalışan elemanların eğitimi gibi konular uzmanlık gerektirir. Yüksek gerilim güç tesislerinin tasarlanması ve montajında; çelik konstriksiyon, inşaat mühendisliği, yangın önlemleri, çevre koruma ve kontrol sistemlerini kapsayan metotların hepsi yüksek standartlara uygun olmalıdır.
Konvansiyonel şalt tesislerinde bulunan; kesiciler, ayırıcılar, baralar, ölçü trafoları, parafudurlar vb. cihazlar gaz izoleli şalt tesislerinde de aynen mevcuttur. Gaz izoleli trafo merkezindeki bütün Gaz izoleli trafo merkezlerindeki gerilim altında bulunan tesis parçaları, boru şeklinde oluşturulan metallik kapsülleme ile kuşatılmıştır. Yüksek gerilim altındaki parçalar döküm reçine izolatörler tarafından taşınır ve izole edilirler. Bir gaz izoleli transformatör merkezinin bina içindeki yerleşimi şekil 3.3’te gösterilmiştir.
goog_1171776558Şekil 3.3 Bir GIS’ın Örnek Bina İçindeki Yerleşim Planı
III.2 SF6 Gaz İzoleli Transformatör ve Yapısı
Yağlı transformatörlerdeki buşinglerin kırılmaları ve çatlamaları sonucunda yağ sızıntısı meydana gelir. Trafo yüzeyindeki bağlantılarda oluşan kısa devreler veya arklar, sızan yağlarla temas ettiğinde yangınlara ve patlamalara sebep olurlar. Bu yangınlar çevreye zarar vermekte hem can hem de mal kaybına sebep olmaktadırlar. Trafolardaki yangınların oluşturduğu zararları ortadan kaldırmak için; bilim adamların yapmış oldukları araştırmalar sonucunda SF6 gaz izoleli transformatörler geliştirilmiştir. SF6 gaz izoleli trafoların alev almayışları, izolasyon yönünde SF6 tekniği kullanılması ve güvenliklerinden dolayı kullanımları artmaktadır. Diğer taraftan SF6 devre kesicileri ile SF6 gaz uygulama tekniklerine de uyum sağlamaktadır. Tüm GIS trafo merkezleri ile GIL enerji iletim hatlarıyla uyum içerisinde bir kombinasyon oluşturduğundan dolayı kullanma isteği artmaktadır.
Şekil 3.4 Japonya’da Üretilen İlk SF6 GIS Trafosu ( 66kV – 3000kVA)
Şekil 3.5Açık Şalt Sahasında GIS Trafo Uygulaması
Gaz izoleli transformatörler yapılarında; sargılar, manyetik nüve, kademe değiştirici ve izolasyon maddesi olarak SF6 gazı kullanılmıştır. GIS trafolarında kullanılan koruma elemanları daha azdır. Yalıtma ve soğutma görevini ise SF6 gazı yapmaktadır. Contalanmış çelik bir muhafaza içine konulan sargılar ve nüve üzerinden daima bir gaz akışı olmaktadır. SF6 izoleli bir trafonun iç yapısı Şekil 3.6 de görülmektedir.
Şekil 3.6 SF6 Gaz İzoleli Bir Transformatörün İç Yapısı
GIS trafoları bir kazaya veya montaj çevresinde yangın çıksa bile alev alma ve patlama meydana gelmeyecektir. Bütün önemli parçaları topraklanmış metal kasalar içinde olduğu için, bakım ve gözleme kolaylıkla ve güvenli bir şekilde yapılabilir. Yalıtım yağı kullanılmadığından, alev almayan yapısı vardır. Bu yüzden yangın söndürmek için gerekli malzemelere ihtiyaç duyulmaz. GIS devre kesicisi ile direkt bağlantı kurularak, trafo merkezlerinin dar alana kurulabilmesini sağlar.
Trafolar içine konuldukları kapalı kapların tamamı contalanmış olmasından dolayı, dışarıdaki atmosfer havası ile herhangi bir temas oluşturmaz. Bu yüzden nem veya tozun birikmesinden dolayı tetiklenecek olan metal bozulması veya kirlenme problemleri ortadan kalkar. Bu problemlerin ortadan kalması ile SF6 gazı, aktif olmayan eleman ve iletken malzeme bozulmalarını geciktirir. Trafoların bakım periyodunu uzatır.SF6 GIS trafoları aşağıdaki uygulamalarda kullanılmaktadır.
-Yangına karşı güvenliğin gerekli olduğu yerlerde,
-Oteller, elbise temizleme mağazaları, okullar, hastaneler, yer altı alışveriş alanları, yer altı istasyonları, ikametgahlara yakın (yerleşim alanları) tesisleri fabrikalar, kimyasal tesisler gibi binalar.
-Çevre kirliliğinden korunmanın özellikle talep edildiği yerler.
-Su temin eden kaynak bölgesi, yerleşim semtleri deniz kıyı alanları su arıtma istasyonları.
-Yüksek seviyede nem veya toz birikmesine maruz kalınan yerler.
-Tünel içleri ve endüstri bölgeleri, deniz kenarları.
III.3 TRANSFORMATÖR MERKEZLERİ İÇİN GAZ YALITIMLI KESİCİLER ve YAPISI
Bir GIS tesisindeki kesici; kesici ünitesi, ayırıcı, topraklama anahtarı, baralar, akım ve gerilim transformatörleri vb. gerilimli bütün parçalar boru şeklindeki metalik mahfaza elemanının kapsüllenmesiyle meydana gelir. Yüksek gerilim altındaki parçalar döküm reçine izolatörler tarafından taşınırlar.
Şekil 3.7 GIS Kesicisinden Görünüm
1- Bara 2 10- Topraklama Anahtarı
2- Bara izalatörü 2 11- Elektro hidrolik çalıştırma ünitesi
3- Bara 1 12- Devre Kesici
4- Bara İzalatörü 1 13- Akım Transformatörü
6- Gaz Kontol Ünitesi 14- Topraklama Anahtarı
7- Kesici Kontrol Ünitesi 15- Kablo Sonu Bağlantısı
8- Hidrolik depolama silindiri 16- Dayanıklı Topraklama
9- Yağ Tanki 17- Kablo İzalatörü
18- Gerilim Transformatörü
Şekil 3.8 Bir GIS Kesicinin İç Yapısı
III 3.1 Mahfaza Ünitesi
Gaz izoleli kesici tertibatının temel özelliklerinden birisi de modüler bir sistem tarafından sağlanan yüksek derecedeki değişkenliktir. Ekipmanlar tek başlarına gaz sızdırmaz mahfazalara yerleştirilirler ki bunlar istendiğinde, sıralı fonksiyonlarına göre birleştirilebilmektedirler. Oldukça küçük çeşitlilikte ki aktif ve pasif modüllerle birlikte bütün bir devre olabilmektedir.
Kesicilerin tertibatı tek fazlı ve üç fazlı mahfazalardan yapılabilme avantajı vardır. Tek fazlı mahfaza içinde 3 fiderli bara özelliği kullanılmaktadır. Bu özellik düşük alan ve montaj süresinin kısıtlı olduğu zamanlarda kullanılmaktadır. Son derece sık kullanılan bir yöntemdir. Mahfazalar genelde kaynak ve dökme alüminyumdan yapılırlar. Alüminyum mahfazaların içine yerleştirilen gerilim altındaki aktif kısımlar mekanik olarak reçineden mamul izolatörlerle tutturulmuşlardır. Arka bağlı bileşenlerin tesirini azaltmak için reçine alüminyum (Al2O3) karıştırılır. Alüminyum kullanımı mahfazalardaki kayıpların azalmasını sağlamakta, manyetik etkilerden korumaktadır.
Özel önlemler olmadan yüksek akımlarda uygulanmasına müsaade edilmektedir. Mahfazalar için alüminyum kullanılmasının diğer bir nedeni de, korozyondan korunmayı ve ekipmanın düşük ağırlıkta olmasını temin etmesidir. Modern biçimlendirme ve kalıp teknikleri kullanmakla, mahfazanın dielektrik ve mekanik karakteristiklerinin optimize edilmesi sağlanmaktadır. Hücre ağırlığı, en az zemin yükünü sağlamaktadır. Karmaşık yapıların yerine sade ve küçük ebat düşünüldüğünde; mahfaza içindeki kısa mesafeler için elektrik alan dağılımına çok dikkat edilmelidir.
III.3.2 Kesici Ünitesi
Devre kesici ünitesi, gaz yalıtımlı kesici tertibatının merkez elemanıdır. Bir ve üç fazlı mahfazalı olarak imal edilirler. Kesici ünitesinin iki ana bileşeni vardır.
Şekil 3.9 Kesici Ünitesi
Kesme ünitesi
Çalıştırma mekanizması
Yüksek gerilim kesicileri her gerilim seviyesinde ve çalışma koşulu altında en yüksek verimde açma kapama performansı için kendinden kompresörlü devre kesme üniteleri ve ikiz gaz püskürtme kesici hücrelerinden meydana gelmiştir.
Kontaklar; arkı söndürmek için güç şalterinin temel parçası olup, bir hücrede oluşan arkı tutmayı sağlar. Kısa süreli açmalarda oluşan akımları ve daha yüksek akımları da tutabilmektedirler. Kontaklar özellikle kısa devre akımlarını açma sırasında çok aşınırlar. Kesici kontaklarının tasarımı kısa devre açmalarına göre tasarlanır. Nominal akımlardaki açmalarda kontak bölgesinde aşırı ısınma olmamalıdır.
Kontaklar ana ve ark kontakları olmak üzere iki kontaktan oluşmaktadır. Ana kontakları tutan basınç, aşırı ısınmaya neden olmaksızın nominal akıma dayanabilecek şekilde tasarlanır. Bunlara paralel arklama bağlantıları vardır. Güç şalteri açıldığında ana kontaklar ilk açılır. Ana kontaklar açılırken ark kontakları kapalı konumdadır. Devre akımı ark kontakları üzerinden devresini tamamlar. Daha sonra ark kontakları açılır. Kesici devreye alındığında kontaklardan önce ark kontakları kapanır. Daha sonra ana kontak kapanmaktadır. Bu yolla ana kontağın üzerindeki yük azaltılmış olur. Ark kontaklarının arklama işlemi sırasında aşınmasını azaltmak için dirençli olan tungsten materyali ile kaplanır. Kontakların iletkenliğini artırmak için ise gümüş gibi malzemelerle kaplanır.
III.3.2.1 72,5 kV-245 kV Arasındaki Gerilimlerde Kendinden
Basınçlı Kesici Ünitesi
72,5 kV ile 245 kV yüksek gerilim seviyelerindeki kesiciler, kontak tüpündeki arkın ısı enerjisini kullanarak, kendinden basınçlı açma-kapama ünitesi ile elde edilir. Bu ark söndürme prensibi 1973 yılında patent almıştır. Arkın oluşturduğu ısı enerjisi ark giderici gazı sıkıştırır. Sıkışan gazın basıncı artar. Gazın basınç kuvveti arkın söndürülmesi için kullanılır. Kısa devre açmalarında oluşan arkı kesmek için, gereken çalıştırma enerjisi bu sistem sayesinde mekanik kontak hareketine indirgenmiş olur. Bu kontak hareketi gazın arkın üzerine püskürtmesini sağlamaktadır. Kendinden basınçlı kesici hücresi, sıkıştırılmış gazın depolanması ve bu gazın püskürtülmesi ile yüksek güvenirlikte kullanılmasını sağlamıştır.
Çift Püskürtme Başlık : Kesicinin kontak açma ve kapamalarda oluşan ark söndürme hareketi için grafit ikiz püskürtme başlığı kullanılmıştır. Grafit ikiz püskürtmeli başlık yanmaya karşı dayanıklı imal edilmiştir. Kontak sistemindeki ark söndürme hareketi, kesicinin açma sayısına ve kesme akımına bağlı olmadan sürekli sağlanabilmektedir. Bu yüzden uzun hizmet verme ve çalışma süreleri vardır. İkiz başlıklı kesici hücresi, ark söndürme esnasında düşük basınçlarla çalışmaktadır.
İhtiyaç duyulan işletme enerjisinin miktarının az olması nedeniyle, içerdiği mekanik kuvvetler düşüktür. Bunun hem kesme ünitesine ve hem de mahfazanın mekaniki dayanımı üzerinde olumlu etkisi vardır. İkiz püskürtme başlıklı sistem, en küçük indükleme ve kapasitif akımlarının bile tekrar kıvılcım sıçraması olmaksızın açma kapamaya destek verir. Yüksek arka karşı dayanımı, rezistansının gücüyle ikiz püskürtme başlıklı sistem belli başlı kısa devreleri kesmeye uygundur.
Şekil 3.10 Kesici Ünitesi Kontak Durumları ( 72,5 kV-245 kV )
Kendinden basınçlı kesici de akım yolu durumu, kontak desteği(2), taban(7) ve hareketli kontak silindiri(6) tarafından oluşturulur. Kapalı koşulda, işletme akımı, ana kontaktan(4) akar. Ark kontağı(5) ana kontağa paralel bağlanır. Kesme operasyonu süresince; ana kontak (4) önce açılır ve henüz kapalı olan ark kontağı üzerinde akım akmaya devam eder. Bu yolla ana kontağın zorlanması ve aşınmasının önüne geçilir. Kesme operasyonu sürdükçe kontaklar(5) arasında bir ark gelişir. Kontak silindiri (6) eş zamanlı olarak hareket eder ve tabandaki (7) kalan ark giderici gazı sıkıştırır. Sıkışan ark giderici gaz, kontak silindirinden (6) kontak boşluğuna akar ve ark söndürülür. Kısa devre akımının yüksek değerleri ile arkın meydana geldiği kontak bölgesinde ark söndürme gazı arkın enerjisi vasıtasıyla oldukça ısınır. Bu kontak silindirin içindeki basıncın artmasına yol açmakta, ark söndürme basıncının oluşması için gereken enerji, çalışan mekanizma tarafından temin edilmesine gerek kalmamaktadır. Açma işlevi ilerlerken sabit ark kontağı püskürtme başlığından gazı serbest bırakır(3). Sıkışan gaz püskürtme başlığından kontak silindirin dışına doğru akar ve arkı söndürür.
III.3.2.2 245 kV - 800 kV arasındaki Gerilimlerde Kendinden Basınçlı Kesici Ünitesi
245 kV’tan-800 kV’a kadar ki yüksek gerilim seviyelerinde kullanılan hava yalıtımlı veya gaz yalıtımlı devre kesicileri, çift püskürtme başlıklı kesici hücreleri ve hidrolik çalıştırma mekanizmaları ile donatılmışlardır.
Şekil 3.11 Kesici Ünitesi Kontak Durumları ( 245kV-800kV )
Ark Söndürme Aksamı : Kesici kapalı iken 2’deki sabit tüpler 3’teki kontak tüpüne bağlıdırlar. 3’deki kontak tüp 4’deki patlama silindirine sıkı bir şekilde bağlıdır. Patlama silindiri ve kontak tüp kesici odasındaki hareketli parça arasında bulunan 5’teki halka piston ile sabittir. 8’deki hareketli parça, hareket eden demir çubuk vasıtasıyla hareket ettirilir. Hareket eden çalıştırma çubuğu 5’teki pistonu yönlendirir ve patlama silindirinde bulunan SF6 gazın basıncını artırır. Kontaklar ayrıldığı zaman, 3’teki hareket eden kontak tüpü kapatma valfı görevini görmektedir. Kontak tüpü SF6 gazını bırakır. 6’daki püskürtme başlığı ve 3’teki kontak tüpü arasında bir ark çıkar, mili saniye diyebileceğimiz kısa sürede 6’daki püskürtme başlıkları arasında sürülen bu gaz püskürtmesi ve kendisinin elektro dinamik güçleri vasıtasıyla da emniyetli bir söndürme yapmış olur. 4’deki patlama silindiri, bir basınç odası gibi ark söndürme düzeneğini içine alır. SF6 gazı en kısa yoldan boşluğun içine radyal olarak akar. Gaz 6‘daki püskürtme başlıklarından eksen boyunca boşalır. Arkın söndürülmesinden sonra, kontak tüpü (3) açık pozisyona geçer.
III 3.3 Ayırıcılar
Ayırıcılar, enerji iletim hatları ve trafo merkezlerinde yüksüz durumda açma ve kapama yapan şalterlerdir. Ayırıcılar, sistemleri ve sistem elemanlarını izole etmeye yarar. Ayrıca onlar bara ayırıcıları veya fider ayırıcıları olarak da kullanılırlar. Bütün ayırıcılar, dik açılı ayırıcı tipinde kullanılmıştır. Yüksek gerilim bağlantıları ve yalıtılmış bölümler 90°’lik bir açı oluştururlar. İki adet baca tipli buşingler kontak boşluğu ile iletme sistemine destek vermektedir.
a b
Şekil 3.12 a) Ayırıcı b) Bara Ayırıcısı
Ayırıcılar ayrı ayrı gaz sıkıştırılmış bölmelere yerleştirilmiş ve gözlemlenmektedirler. Ayrıca ayrı ayrı yerleştirildiği gibi bitişik bölmelere yerleştirilerek de beraber kontrol edilebilmektedirler. Ayırıcılar DC motor ile çalıştırılmaktadırlar. Motorlar uzaktan çalıştırılmaya uygundurlar. Ayırıcının açma ve kapamaların yapılabilmesi için el ile kumanda edilmesi de mümkündür. Her ayırıcı için ayrı ayrı motor ve anahtarlar kullanılmaktadır. Motorların, ayırıcıları açma-kapama durumlarını belirten mekanik ve dijital göstergeler mevcuttur. Ünitenin üç fazlı kontak kutbu, bölümün dışında çalıştırma bağlantı elemanları ile birbirlerine bağlıdırlar. Bu üç fazlı kontak kutbun çalışması beraber gerçekleşmektedir. Üç fazlı kontak kutup bir motor vasıtasıyla birlikte açma kapama yapmaktadırlar. Döndürme kuvveti ise deponun içine sıkıştırılmış gazın döndürdüğü mil parçaları vasıtasıyla iletilmektedir.
Açık şalt sahalı sistemlerde kullanılan ayırıcı kontaklarının açma ve kapama işlemi gözle gözlenebilir. Gaz izoleli sistemde ise kontakların açık olduklarını kontrol etmek için değişik metotlar kullanılır. Bunlar kontakların açık olduğunu kontrol eden gözetleme penceresi ve ayırıcı hücresi dışında bulunan pozisyon göstergeleridir. Ayırıcı hücresindeki gazın delinme dayanımını denetleyebilmek için basınç azalmasına duyarlı mano statlarla donatılır. Bu sistem diğer hücrelerde de mevcuttur.
GIS’ler de iki tip ayırıcı kullanılır. Bunlar düşük yük akımlarında açma ve kapamayı gerçekleştirilebilen ve yük altında normal ayırıcılardan farklı olarak akım kesme tertibatına sahip olan yük ayırıcısı ve toprak ayırıcısı kullanılır.
Yük Ayırıcısı : Bu cihaz gaz izoleli kesicilere mahsus olup, ayırıcıların bilinen fonksiyonlarına ilave olarak boştaki transformatör, hat ve kabloların akımlarını kesmekte ve arıza üzerine kapama yapabilmektedir. İlave olarak SF6 gaz akışını şalter borusu ucundaki ark akış noktası sahasında temin eden üfleme pistonuna sahiptirler. Böylelikle açma arkı hızlıca söndürülmektedir.
Toprak Ayırıcısı (Anahtarı) : Devreleri topraklama ve kısa devre yapmak için kullanılan açma –kapama cihazlarıdır. Üzerinde bulunduğu tesis kısmında gerilim yokluğunu kontrol etmektedir. Gerilim olduğunda ve ayırıcı kapalı ise sistem toprak kısa devre arızasını vereceğinden devredeki gerilim varlığını test eder. Yüksek hızdaki topraklama anahtarları kesicinin içindedir. Bu tip anahtarda, topraklama jakı lale şeklinde sabit kontağın içindedir. Açık istasyonlara nazaran gaz izoleli sistemlerde daha fazla kullanılmaktadır.
Topraklama anahtarları; izole edilmiş tasarımda, koruma rölelerini test etmek için ve ölçüm yapmak için kullanılırlar. Böylece kapalı mekân ile birlikte izole edilmektedir. Yüksek hızda hizmet veren bir topraklama anahtarı olarak kullanıldığı zaman, yayla çalıştırma mekanizması ile donatılır ki bu da bir elektrik motoru vasıtasıyla kurulmaktadır.
Topraklama anahtarları devre kesicilerin her iki kesiminde de bulunmaktadır. Çalışma sırasında hatların topraklanması ve ilave topraklama anahtarları ise tesisin diğer bölümlerini topraklanması için kullanılırlar. Yüksek hızlı topraklama anahtarı genellikle havai hat kablosuna ve hat kablosuna monte edilmektedirler.
Şekil 3.13 Topraklama Anahtarı
Toprak ayırıcısı kısa devre üzerine kapama yapabilmektedir. Toprak ayırıcısı kapama yaparken güç harca. Toprak ayırıcısının tam olarak kapalı olduğunun bilinmesi için mekanik düzenlerle kontrol edilmesi gerekir. Alarm anahtarları ve açma/kapama göstergeleri mekanik olarak güçlendirilir ve doğrudan çalıştırma mekanizmasına bağlıdırlar.
Ölçü Transformatör Üniteleri
Akım ve gerilim transformatörleri, ölçme ve koruma amaçlı kullanılırlar. Çok farklı özelliklerde imal edilebilmektedirler. Geleneksel ölçü transformatör ünitelerinin yanında gelişmiş akım ve gerilim ölçme sensörleri de kullanılmaktadırlar.
Akım Transformatörü Ünitesi
Şekil 3.14 Akım Transformatörü
Kullanılan akım transformatörleri kapalı tek fazlı indüklenme tipinde olanlardır. Akım transformatörleri genel olarak devre kesicinin çıkış besleme kısmına monte edilir. Bununla birlikte trafonun veya ünitenin herhangi bir yerine monte edilebilirler. Yüksek gerilim iletkeni primer sargıyı oluşturur. İkinci sarımlı nüveler sınıfına uygunluk ve ebat şartlarındaki gereksinimlere eşdeğer şekilde tasarlanmaktadır. Çeşitli transformatör dönüşüm oranları, akım transformatörüne bağlı ikinci bir bağlantı ile mümkündür. Modülün içindeki sıkıştırılmış SF6 gazı birincil yalıtımı oluşturmaktadır. Metal kaplama tasarımı yüksek derecede koruma sağlar.
III.3.4.2 Gerilim Transformatör Ünitesi
GIS kesici sisteminde, her bir tek fazlı indüktif gerilim transformatörü, SF6 ile doldurulmuş kendi mahfaza içine yerleştirilmiştir. Böylece ayrı bir sıkıştırılmış gaz modülü oluşturmaktadır. İstenirse çıkış fideri ayırıcının önüne, arkasına veya baraya monte edilebilir. Şekil 3.15’de gerilim transformatörü gösterilmiştir.
Şekil 3.15 Gerilim Transformatörü
Kapalı mahfazanın içindeki sıkıştırılmış gaz kablo üzerindeki film yalıtkanıyla birlikte yüksek gerilime karşı yalıtım sağlamaktadır. Gerilim transformatörü yüksek gerilim kesicisine primer sargı ile bağlanmıştır. Bu bağlantı sıkıştırılmış gaz buşingi ile desteklenmektedir. Sekonder bağlantıları ise terminal kutunun içine gaz basınçlı buşing plaka vasıtasıyla yönlendirilirler. Gerilimlerin ölçülmesinde kullanılan gerilim transformatörleri dizaynı aşağıdaki gibidir.
Kondansatörlü gerilim transformatörleri : Açık tip trafo merkezlerindeki transformatörlerinden farklı olarak kondansatör SF6 ile doldurulmuş bir mahfaza içinde bulunmaktadır.
Elektronik gerilim transformatörleri : GIS’lerde kullanılan bu aygıtlar da, kesici ve ayırıcıların manevraları esnasında MHz frekanslı parazitler meydana getirdiğinden bu tip transformatörler kullanımı uygun değildir.
Sargılı tip gerilim transformatörü : Açık tip trafo merkezlerindeki gibi olup tek farkı SF6 ile doldurulmuş metal bir mahfaza içinde bulunmasıdır.
III.3.5 Bara Modülü
Bara kapsüllemeler her biri bir alan parçasına tekabül eden segmentlerden yapılmıştır. Kapsüllemenin çapı gerilimle orantılıdır. Akım taşıyıcı olarak alüminyum veya bakır borular kullanılır. Kontak geçiş yerleri, kontak geçiş direncinin dolayısıyla kayıpların azaltılması için gümüşle kaplanır. Bara bölümlerinin bağlantıları çok parçalı teçhizatlar üzerinde yapılır. Bu yapı akım taşıyan kısımların ısınmasıyla genleşecek iletkenlerin mekanik olarak zorlanmalarını engeller. İletken baralar borular şeklinde homojen döküm reçine izolatörler tarafından taşınırlar. Mekaniki dayanım baraların boyutlandırılmasını da etki eder. Bu şekilde hesaplanan kesitler, büyük ve nominal akım altında bile ısınmanın çok az olmasını sağlar.
Baralar üç fazlı ve tek fazlı olarak yapılırlar. Baraları ayırıcılara ve topraklama anahtarları genişleme bağlantılarına uydurmak mümkündür.
III.3.6 Parafudur Ünitesi
Parafudur ekipmanı yüksek ve yıldırım darbe gerilimlerine karşı korumada kullanılır. Normal çalışma esnasında güç sistemi üzerinde olumsuz bir etkisi yoktur. AIS ve GIS tesisleri parafudurlarla korunmaktadırlar. Aşırı derece de hava kirliliği olan bölgelerde gaz izoleli parafudur, porselen mahfazalı parafudurlara göre daha iyi koruma sağlar. Kapalı alan parafudurları direkt bağlanabilmektedirler. Aktif kısımları güçlü bir şekilde doğrusal olmayan akım/gerilim özellikli metal-oksit dirençlerden oluşmaktadır. Parafudur genellikle gaz basınçlı buşing yoluyla kesiciye flanşla-bağlıdır. Parafudur modülünü kolay kontrol ve inceleme yapmak için dahili kabloya bağlantı yapabilecek şekilde dizayn edilmiştir. Parafudur, bağlantı ve gazın gözetlenmesi için kontrol cihazları vardır.
Şekil 3.17 Parafudur Modülü
Farklı tip mahfazaya sahip Sf6 gaz izoleli metaloksit parafudurlar mevcuttur.
Bunlar;
-Polimer mahfazalı parafudur,
-Metal mahfazalı parafudur
III.3.6.1 Polimer Mahfazalı Gaz İzoleli Parafudurlar
AIS trafo merkezi ve güç sistemlerin de, yüksek ve yıldırım darbe gerilimlerine karşı korumada porselen mahfazalı parafudurlar kullanılmaktadırlar. Şekil 3.18’te Farklı tip mahfazaya sahip Metal Oksit Polimer Mahfazalı yüksek gerilim parafaduru gösterilmiştir.
Şekil 3.18 Polimer Mahfaza Yüksek Gerilim Parafudurun Kesitsel Görünüşü
Mahfaza silikon kauçuktan yapılmıştır. İzolasyon koruyuculu fiberglas ile takviye edilmiş olup plastik bir tüpe benzetilmiştir. Porselen kaplamalı bir parafudura göre hafif, mekanik sağlamlığı yüksek, kirliliğe karşı dayanıklı olması ile güvenlidirler. Çok iyi mekanik özelliğe sahip olmasından dolayı yalıtkan olarak da kullanılabilmektedir. Suya karşı ıslanmamaktadır. Suyun akıcı özelliğinden dolayı parafudurun dış yüzeyi suyla teması durumunda ayrıca temizlenebilmektedir. Polimer kaplı yüksek gerilim parafuduru açık hava da uzun bir süre kullanılabilmektedir. Yüksek mekanik dayanıklılık ve değiştirilmesinde ki kolaylık da dahil olmak üzere bir sürü avantajları vardır.
III.3.6.2 Metal Mahfazalı Gaz İzoleli Parafudurlar
Şekil 3.19 Gaz İzoleli Metal Kaplı Parafudur (GIS Parafudur)
Şekil 3.19’da metal kaplamalı gaz izoleli yüksek gerilim parafuduru gösterilmiştir. 25 yıldan fazla bir süredir metal kaplı parafudurlar (GIS Parafudur) yapılmaktadır. GIS parafudurları, gaz izoleli kesicilerin yakınına kurulabildiklerinden dolayı diğer parafudur tiplerine göre daha iyi koruma yapabilmektedirler. GIS parafudurları korunacak olan maddeye daha yakın kurulabilmesi sayesinde yıldırım dalgasının etkileri daha etkili bir şekilde sınırlandırılabilmektedir. GIS parafudurları tarafından sunulan koruma diğer bütün parafudur tiplerinden daha iyidir. Özelliklede gaz yalıtımlı kesicinin istisnai olarak hassas olduğu yükselme ve yüksek frekansın en çok dik oranlı dalgalarda bile koruma yapmaktadır.
Şekil 3.20 a) 123kV GISParafudur b) Almanya’da Tesis Edilmiş 420kV GIS Parafudur
Şekil 3.21 a)150kV GIS Parafudurun Kesitsel Şeması b) Üç fazlı GIS Parfudurun Kesitsel Şeması
III.3.7 Kurulum ve Tesiste Kurma
Ünitenin tamamı fabrikada bir araya getirilmesi ve teslimatında bu şekilde yapılması ile ünitenin tesiste ki kurulum süresini azaltmaktadır. Ünite basit araç ve cihazlarla kurulacağı yere getirilir. Diğer ünitelerle monte edilmeye hazır ve uyumlu haldedir.
Şekil 3.22 Kısa Karmaşık Olmayan Kurulum ve Çalıştırma Öncesi Kontroller
GIS’ın tasarımı, problemsiz taşınması, hızlı bir şekilde diğer ünitelerle uyumlu olması montajı kolaylaştırmaktadır. Montaj için sınırlı sayıda elemana ihtiyaç vardır. Kesicinin tesise monte etmek için çelik desteklere ihtiyaç vardır. Üniteden üniteye kablo çekimi işlemi ise ikincil kısımda monte edilmektedir. Karmaşık yapısı olmayan kesici basit ve hızlı bir şekilde kurulur.
III.3.8 Çalıştırmak İçin Son Testlerin Yapılması
Montaj işleminin tamamlanmasından sonra, bütün açma kapama anahtarları, kontrol ve gözetleme için bütün elektrik devreleri test edilir. Çünkü onların düzgün çalışıp çalışılmadığı kontrol edilir. Bu işlem hem mekanik olarak hem de elektriki olarak yapılır. Tesisteki bütün flanş bağlantıları gaz sızıntısı konusunda test edilir. Vida bağlantıları, kontrol kilitleme devreleri, ölçü aletleri kontrol edilir.
Şekil 3.23 Kesicinin Test Edilmesi
Kısmı Boşalma Testleri : Kesiciye monte edilmiş olan bütün katı yalıtkanlar monte edilmeden önce rutin kısmı boşalma testine maruz tutulmaktadır. Ölçümlerde kısmı boşalma, hatta gerilim boşalması olmamasına dikkat edilir (iki faz, faz-toprak gerilimi). Bu test yalıtkanın uzun dönemli performansını ve yüksek güvenirlilik sonucunu verir. Bu yüzden yalıtkanlık yüksek derecede güvenlidir.
Basınç Testleri : Kesicinin her bir ünitedeki alüminyum mahfazanın servis basıncının yaklaşık iki katı kadar basınçla test edilir.
Sızıntı Testleri : Alt montaj parçalarında yapılan sızıntı testleri, falanjların ve yüzey kapaklarının temiz olduğunun kontrol edilmesi ve belirtilen sızıntı oranlarının dışında sızıntı olmayacağı test edilmelidir.
Güç Frekans Testleri : Her bir parça bağlantılarının doğru monte edildiğini gerçekleştirmek için güç frekans dayanım testlerine maruz tutulmalıdır. Ayrıca yalıtkan yüzeylerinin temiz bir bütün olarak kesicinin iç kısmının kirlenmemiş olması gerekir
Bakım : Gaz izoleli kesicinin içine havanın girmemesi için sıkı sıkıya izole edilir. Normal çalışma koşulları altında monte edilen kesici, normal rutin bakımların dışında, büyük bir bakım ve gözden geçirme süresi 25 yıldan önce mümkün değildir.
KAYNAKLAR
[1] Aydın, M.: “SF6 Gaz İzoleli İstasyon (GIS)”, Yüksek Lisans Tezi Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri
Enstitüsü, İstanbul,
Türkiye, (1999)
[2] Aktaş, Ö.: “Gaz Yalıtımlı İstasyonlar”, Yüksek Lisans Tezi Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri
Enstitüsü, İstanbul,
Türkiye, (2000)
[3] Trablus, S.: “Gaz İzoleli Şalt Tesisleri”, Yüksek Lisans
Tezi Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri
Enstitüsü, İstanbul,
Türkiye, (1990)
[4] Şenol,M.A.,“Çubuk-Düzlem Elektrod Sisteminde Sf6/Argon
Karışımlarının Delinme Dayanımı Açısından İncelenmesi”, Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, Bahçelievler, Ankara
[5] Önal,E., Kömürgöz,G., “Yalıtkan Gaz
Karışımlarında Korona Başlangıç Gerilimlerinin Genetik Algoritma İle Hesabı”, İstanbul
Teknik Üniversitesi, Elektrik-Elektronik Fakültesi
[6] Glaubitz,P., Wallner,C., “EPA‘s 2012 Workshop on
SF6-emission reduction strategies “, Atlanta, Georgia; April 17-18, 2012
[7] High
Voltage Engineering and Testing edited by Hugh McLaren Ryan
[8] Turan,M.S., “Gaz İzoleli Sistemlerin Teknik Ve Ekonomik Açıdan
İncelenmesi”, Yüksek Lisans Tezi Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü,
İstanbul, Türkiye (2005)
[9] Kalenderli,Doç. Dr.
Ö., “Yüksek Gerilim Güç Kesicilerinde Son Gelişmeler” (2004)
[10] Megep
