RÖLELER
BÖLÃœM –1
GENEL
Elektrik enerjisi üretim, iletim ve dağıtımında ana problemlerden biri korumadır. Genel anlamda koruma enerji üretim cihazlarının, iletim hatlarının ve bu enerjiyi kullanan cihazların, emniyetli işletme şartları içinde çalışmasını sağlamak ve herhangi bir nedenle önceden belirlenmiş bu şartların dışına çıkan bölümü (arızalı bölüm) şebekenin bütününden ayırmak ve izole etmektir. Bu sağlandığı takdirde koruma şebeke için iki yönde anlam kazanır. Birincisi, arızalı bölümü şebekeden ayırarak daha fazla tahrip olmamasını sağlamak; ikincisi ise, arızanın şebekeden daha geniş bir alana yayılmasını önlemektir. Koruma röleleri, özelliklerine göre, yukarıda belirtilen koruma fonksiyonlarından yalnız bir tanesini yada her ikisini birden gerçekleştirirler.
Örneğin bir sanayi tesisinin enerji dağıtım istasyonunda bulunan düşük ve aşırı gerilim röleleri yalnız tesisi, aynı enerji dağıtım istasyonu ana girişinde bulunan aşırı akım-kısa devre röleleri ise tesisi ve şebeke girişini korurlar.
Kısaca korumanın amacı, kesicilerle birlikte güç sisteminin her tip arızadan hızla temizlenmesini sağlamaktır.
Enerji sistemlerinin tüm bölümlerinin korunmasında, beş temel ilke her zaman akılda tutulmalı ve uygulanmalıdır:
Güvenilirlik :Her tür arızaya güvenilir ve etkin biçimde müdahale edebilmek.
Seçicilik :Sistemde devamlılığı sağlamak için, sistemde yalnız arızalı bölümün ayrılmasını sağlamak.
Hız :En düşük arıza zamanını ve en az teçhizat hasarını sağlamak.
Basitlik :En az donanım ve devre ile korumayı gerçekleştirmek.
Ekonomi :Minimum maliyet ile maksimum korumayı sağlamak.
Röle uygulamasının genel felsefesi, güç sistemini koruma bölümlerine ayırmak ve arızalarda en az miktarda sistem parçasını ana güç sisteminden ayırarak uygun korumayı sağlamaktır. Koruma bölümleri şunlardır:
Genaratörler
Barajlar
Enerji nakil hatları
Transformatör ve fiderler
Çeşitli yapıdaki rölelerin fonksiyonlarını ve ayarlarının yapılmasını inlemeden önce, onların iç yapısını bilmek gerekir. Günümüzde halen elektromekanik röleler çoğunlukta olmakla birlikte, teknolojinin ilerlemesi ile birlikte bunların yerini hızla elektronik röleler almaktadır.
BÖLÜM-2
ÇALIŞMA PRENSİPLERİNE GÖRE RÖLELER
Çalışma prensiplerine göre röleleri dört grupta toplayabiliriz
1.Çekmeli röleler
2.Endüksiyon disk röleleri
3.Manyeto-elektrik röleler
4.Terazi kollu röleler
2.1.Çekmeli Röleler:
Çekmeli röleler magnetik devre prensiplerine göre çalışırlar. İhtiva ettikleri bobinleri içinde bir magnetik devre oluşur. Magnetik devre; karşısında bulunan ve magnetik malzemeden yapılan paleti çeker veya bırakır ve böylece paletin çekilip bırakılması ile kontaklar, kapanır veya açılır. Bu palet, bir yay vasıtası ile belirli bir konumda tutulur. Bu arada magnetik alanı meydana getiren bobinden geçen akım ayarlanan değere yükselince hasıl olan çekme kuvveti yayın aksi yönündeki tesirini yenerek paleti çeker ve böylece hareketli olan kontaklar açılır veya kapanır.
Bu şekilde tertip edilen rölelerin çok kullanılmasının sebeplerini imalat kolaylığı, maliyetinin düşük olması ve ayrıca sarfiyatlarının az oluşu şeklinde sıralayabiliriz. Bir iyi tarafları da geri dönüş oranlarının, diğer bir deyimle, geri gelme durumlarının; öbür rölelere rağmen, daha büyük olmasıdır. Rölenin ayar değerinde çalışmasını temin edebilecek minumum akıma çalışma akımı denir. Çalışmış olan bir rölenin bobininden geçen akım sürekli olarak azaltılır. Rölenin sükünete döndüğü an geçmekte olan akıma geri dönüş akımı denir. Bu akım çalıştırma akımından küçüktür. Mesela 5 amperde çalışan bir rölenin dönüş akımı 4 amper civarındadır.
Elektrik tesislerinde ( bilhassa darbeli çalışan yerlerde ) geri dönüş akımının, çalışma akımına yakın olması, başka bir ifadeyle, ikisi arasındaki farkın, küçük olması arzu edilir. İdeal durum ise, bu farkın sıfır olmasıdır. Fakat pratikte bunu yakalamak pek mümkün olmamaktadır.
Magnetik elemanın hareketli armatürü çekme kuvveti şu formülle ifade edilebilir.
CGS birimleriyle:
Burada N bobinin sarım sayısı, I bobin akımı, A kutup yüzeyi, R0 demir derenin relüktansı, x kutup merkezindeki hava aralığıdır.
Açık konumda x/A ya nazaran R0 küçük olduğundan
Åžekil 1’de deÄŸiÅŸik tipte çekmeli rölelerin basit biçimde çizilmiÅŸ ÅŸekilleri görülmektedir.
Åžekil 1
2.2.Endüksiyon Disk Röleleri:
Bu röleler en çok kullanılan röleler olup, çalışma prensipleri elektrik sayaçlarına benzer. Elektro mıknatısından ve iki ucu yataklanmış bir mile tespit edilmiş endüksiyon diskinden oluşurlar.
Diğer tiplere göre şu avantajı vardır:
Rölede sarf edilen birim VA için daha büyük moment elde edilir.
Bir adet bobine sahip oldukları için, bu bobine kalın kesitli iletken kullanılır.
Diferansiyel röle olarak kullanılmalarında; aynı diske iki elektro- mıknatıs ve bir damping mıknatısa bağlanabilir.
Rölelerin imalat ve dizaynında küçük sarfiyat ile büyük kontak basıncı istenmektedir. Kontak basıncının artması, arkı dolayısıyla da kontak tahribatını azaltmaktadır. Diskli rölelerde bu husus kolaylıkla gerçekleştirilebilmektedir.
Kalın kesitli bobin kullanmak ise kuvvetli kısa devrelerde rölenin tahrip olmasını önlemektedir.
Damping mıknatısı olarak ilk zamanlar kromlu çelikten yapılan daimi mıknatıslar kullanılmaktaydı yeni rölelerde daha stabil ve kuvvetli olan ALCOMAX tipi daimi mıknatıslar kullanılmaktadır.
Bu röleleri yapısal olarak iki şekilde ele alabiliriz:
a.Çift bobinli endüksiyon röleler
b.Tek bobinli endüksiyon röleler
2.2.a.Çift Bobinli Endüksiyon Röleler:
Bu tip röleler, manyetik olmayan hareketli bir disk ve iki bobinden oluÅŸur. Disk, iki ayrı akıyı oluÅŸturan (Φ1 ve Φ2 ) elektro mıknatıs kutuplarının hava aralığında bulunur. Birinci kutbun yarattığı akı ile, ikinci kutbun diskte endüklediÄŸi akımın yarattığı magnetik akı arasında oluÅŸan moment diski döndürür.(Åžekil 2)
Åžekil 2
Alternatif akımla çalışan bu rölelerin, her iki bobini de akımla veya bir bobini akım, bir bobini gerilimle çalışabilir.
Bobinlerden birinin akım giriş uçları değiştirildiğinde diskin dönme yönü değişeceğinden çift bobinli endüksiyon röleler yönlü rölelerdir.
Endüksiyon rölelerinde, bobinleri besleyen elektriki büyüklük (akım veya gerilim ) arttığında, dönme momenti de artacak ve bu nedenle disk daha hızlı dönecektir. Diskin hızlı dönmesi sonucu röle, kontakları daha hızlı açar veya kapatır.
Durum böyle olunca endüksiyon röleler ters zamanlıdır.
Çift bobinli endüksiyon röleler işletmemizde güç rölesi, yönlü toprak rölesi ve yön elemanı olarak kullanılmaktadır.
2.2.b.Tek Bobinli Endüksiyon Röleler:
Bu tip rölelere gölge kutuplu endüksiyon röleler de denir. Åžekil 3’de görüldüğü gibi elektromıknatısın her kutbunun yarısında bir bakır halka ya da bobin ile “gölge’’ oluÅŸturulur.
Åžekil 3
Elektromıknatıs kutbunun yarısında yer alan bakır halkada oluÅŸan akı (Φ1) ile kutbun diÄŸer yarısında oluÅŸan akı (Φ2) arasındaki faz farkı, dönme momentini oluÅŸturur.
Alternatif akımda çalışan tek bobinli endüksiyon röleler tek elektriki büyüklükle beslendiği için yönsüzdür.
Çalışma zamanı yönünden ters zamanlı olması ve tek büyüklükle çalışması nedeniyle enerji sistemlerinde aşırı akım ve toprak rölesi olarak kullanılırlar.
BilindiÄŸi gibi manyetik akı, akım ÅŸiddeti ve sarım sayısı ile doÄŸru orantılıdır. Bu durumda, röleyi çalıştıran manyetik akıyı elde edebilmek için, sarım sayısı azaltıldığında akım ÅŸiddetini arttırmak gerekir. Bu esastan hareketle tek bobinli endüksiyon rölelerinde, çalışma bobininin sarım sayısı deÄŸiÅŸtirilerek çalışma akımına etki edilir. Åžekil 4’te çalışma bobininden alınan çeÅŸitli sayıda uçların karşılığı olarak röle çalışma akımları belirlenmiÅŸtir.
Åžekil 4
Tek bobinli endüksiyon rölelerinde akım ayarı değişimi bir vida yardımıyla yapılır. İstenilen akım konumuna bir vidanın yerleştirilmesiyle belirli sarım sayısı devreye alınmış olur.
2.3.Manyeto-Elektrik Röleler:
2.3.a.Hareketli Bobinli Röleler:
Bu tip rölenin ÅŸematik yapısı ÅŸekil 5’te gösterilmiÅŸtir. Ölçü aletlerine benzer ÅŸekilde hareketli bobin sabit bir mıknatısın iki kutbu arasında dönmektedir. Bu tip rölelerle doÄŸru akım ölçümleri yapılmaktadır (aynı zamanda uygun doÄŸrultucularla alternatif akım ölçümleri de yapılabilir).
Bu rölede dikdörtgen şeklinde hafif bir bobin, iki kenarlı sabit mıknatısın iki kutbu ve yumuşak demir nüve arasına gelecek şekilde millendirilmiştir. Hareketli bobin aynı zamanda üstünde hareketli bir kontak bulunan bir kol taşımaktadır.
Şekil 5 Hareketli Bobinli Röle
Bobinden geçen akım Ir, manyetik akı Bm, bobin sarım sayısı Wr, bir tur sarımın uzunluÄŸu l ise; döndürme momenti M=k.Bm.Ir.Wr dir. Manyetik devredeki bütün hava aralıkları küçük olduÄŸundan radyal akı yoÄŸunluÄŸu düzgündür. Dolayısıyla Bm sabit olduÄŸundan M=k΄.Ir yazabiliriz. Böylelikle çalışma momenti akımla doÄŸru orantılı olur. Bu doÄŸru orantının sonucunda örneÄŸin akımın iki kat artması; momentin iki kat artması dolayısıyla bobinin dönüş zamanının yarıya düşmesi demektir. Böylelikle bu röleler ters çalışma karakteristiklerine sahiptirler. (ÅŸekil 6)
Şekil 6 Hareketli Bobinli Rölenin Zaman/Akım Karakteristiği
Hareketli bobinli rölelerde 30 milisaniyeye kadar çalışma zamanı elde edilmesine karşın daha düşük çalışma zamanı, yayın sarsıntıya dayanıklı olabilmesi için uygulanabilmesi için sönümleme (damping) momenti ile kısıtlanmıştır.
Rölede hareketin hafif olması VA gücünün çok düşük olmasını sağlar. Çekme ve bırakma değerleri yakındır. Hareketli bobinli röle mekanik röleler arasımda en duyarlı röle niteliğine sahiptir.
2.3.b. Polarize Röleler (Kutuplandırılmış Röleler):
Manyeto-elektrik rölenin deÄŸiÅŸik bir tipidir. Sabit magnetik alan içinde döner bobin yerine döner mıknatıs kullanılır. Sargılar ise daimi mıknatısın üzerine sarılmışlardır. DeÄŸiÅŸik dizayn ÅŸekilleri vardır. Åžekil 7’de köprü manyetik sistemle çalışan bir röle tipinin yapısı ÅŸematik olarak verilmiÅŸtir.
Şekil 7 Kutuplandırılmış Röle
Φp magnetin kendi daimi manyetik akısıdır. Sargıdan geçen Ir akımının meydana getirdiÄŸi manyetik akı ise Φr ile gösterilmiÅŸtir. Φp1 Φpa ve Φpb diye iki kola ayrılmaktadır. Magnetin ortadaki kutupların arasındaki ve sol taraftaki toplam magnetik akı (Φpb . Φr) ÅŸeklindedir. Ir akımının ayarlı olduÄŸu deÄŸerin üzerine çıkması veya yön deÄŸiÅŸtirmesi durumunda, hareketli mıknatıs yer deÄŸiÅŸtirecektir. Bu sistemin AC ile çalıştırılması titreÅŸimlere neden olduÄŸundan; DC ile çalıştırılması uygundur.
Polarize röleler genellikle çift elektrikli büyüklüğün kıyaslandığı diferansiyel rölelerde ve mesafe koruma rölelerinde kullanılır. Avantajları şunlardır:
Güç sarfiyatı düşük, çalışma hassasiyetleri yüksektir. Fiziki yapıları küçüktür.
Kısa süreli büyük akımlara dayanma süreleri fazladır.
Çalışma zamanı kısadır.
Dezavantajları ise; kontak kapasiteleri küçüktür. Bırakma değerinin çekme değerine oranı küçüktür, kontak aralıkları çok küçük olduğundan gereksiz atlamalar olabilir.
2.4.Terazi Kollu Röleler(Denge Kollu Elektromanyetik Röleler):
Ortadan yataklanmış olan paletle, bir taraftan yay kuvveti, diğer taraftan da elektromıknatısın çekme kuvveti etki yapmaktadır. Bobinden geçen akımla oluşan magnetik alanın çekme kuvveti, yayın ters yöndeki kuvvetini yendiğinde kontaklar açılır veya kapanır.(Şekil 
Şekil 8 Denge Kollu Elektromanyetik Röle
Denge koluna etki eden ters yöndeki yay kuvveti yerine, başka bir büyüklük ile beslenen ikinci bir elektromıknatıs kullanılabilir.
Ortadan yataklanmış terazi kolunun bir ucunda rölenin bobini diğer ucunda yay ya da (artık özelliğine göre) tutucu bobin bulunur. Tutucu bobin olanlarda çalışma durumu şöyledir: Bobinlerin meydana getirdikleri momentler, birbirlerine ters yönde tesirde bulunurlar. Kontağın kapanma yönündeki momenti veren çalıştırma bobini onun aksi yöndeki momenti doğuran tutucu bobindir.
Bu tertip yüksek süratli mesafe rölelerinde ve diferansiyel rölelerde en çok kullanılan tertiplerden biridir. Bu rölelerin "yüksek süratli" sınıfına girmelerinin nedeni, yarım periyotta çalışabilmeleridir.
Bu rölelerde, tutucu çalıştırma momentlerinin oranı, faz durumuna çok bağlıdır. Hemen şu da söylenebilir ki; Bu rölelerde geri dönüş oranı çok yüksektir. Ve bundan dolayı da yanlış açmalar olur. Çekmeli rölelerde olduğu gibi, bunlarda da kolun her iki ucundaki çekme kuvveti, hava aralığında ki akının karesi ile doğru orantılıdır. Öte yandan akı, akımla orantılıdır ve magnetik devrenin toplam hava aralığının takriben karesi ile ters orantılı olarak azalır. Bu bakımdan çalıştırıcı ve tutucu momentlerin oranı lineer olarak değişmez ve bu durumda rölenin yanılması söz konusu olur. Ayrıca hızlı çalışan bu röleler, faz açısına bağlı olarak ve geçici rejimlerde meydana gelen DC bileşenden dolayı da yanlış açma yapabilirler.
Faz hatalarından meydana gelen yanlış açmaları önlemek için, gerilim bobini parçalı veya üç bacaklı yapılır. Parçalı kutuplarda her iki kısmın akılarının magnetüsü eşit ve aralarında takriben 90 faz farkı olacak şekilde dizayn edilir. Trifaze sistemlerde akılar arasında 120 faz farkı bulunur.
Öbür yandan çalışma ve sükunete gelme oranları arasındaki farkı kısmen azaltmak için de, denge kolunun hareketi sınırlandırılır. Ayrıca kolun hareketi sebebi ile, reaktansın toplam değişimini azaltmak amacı ile akım kutbunun manyetik devresi, içinde hava aralığı tesis edilir.
Görülüyor ki, hangi koruma rölesi olursa olsun, bunların disiplinli bir şekilde çalışmaları istenmektedir. Çünkü ufacık bir yanılmalarında kaza tesisin enerjisini kestikleri gibi, bazı hassas ölçü yerlerinde hatalar yapılmasına neden olmaktadırlar. Bu bakımdan bütün imkanlar seferber edilerek, rölelerin duyarlılıkları ve geri gelme oranları üzerinde ısrarla durulur; Tabidir ki rölelerin seçimi ve ayarı da bu kapsamda kalır.
Transient arızalarda meydana gelen DC bileÅŸeninin meydana getirdiÄŸi hataları azaltmak için şönt reaktans (bobin) kullanılır. Bu Åžekil 9’da görülmektedir.
Åžekil 9
BÖLÜM-3
ÇALIŞMA ZAMANINA GÖRE RÖLELER
3.1. Ani Çalışmalı Röleler:
Ayarlandığı büyüklükte kontaklarını ani olarak açan veya kapatan rölelere denir. Kısa devre akımlarında veya servis dışı bırakılmak istendiği durumlarda kullanılır.
Ani çalışmada rölelerde, hareketli parçanın hareket yeteneği nedeniyle bir gecikme düşünülebilir. Ancak bu durum rölenin duyarlılığı ile ilgilidir. Kısaca, ani çalışmalı rölelerde bir zaman ayarı söz konusu değildir.
Elektromanyetik ve elektrodinamik prensibe göre çalışan röleler ani çalışmalıdırlar.
3.2. Zamanlı Çalışmalı röleler:
Ayarlandığı çalışma büyüklüğünde kontaklarını gecikmeli olarak açan veya kapatan rölelere zamanlı röleler denildiği gibi gecikmeli röleler de denir.
Sistemimizde oluşan arızalar çoğunlukla geçicidir. Böyle durumlarda arızalı kısmın anında servis dışı bırakılması istenmez bu nedenle zamanlı röleler kullanılır.
Ayrıca arttırıcı koruma elemanı olarak kullanılan bir rölenin belirli zaman gecikmesi sonunda işlev yapması gerekir. Bu nedenle de zamanlı çalışmalı röleler kullanılır.
Zaman çalışmalı röleler iki kısma ayrılır:
Sabit zamanlı
Ters zamanlı
3.2.a. Sabit Zamanlı Röleler:
Çalışma büyüklüğünün değerine bağlı kalmaksızın, ayarlandığı zaman sonunda işlev yapan rölelerdir.
Åžekil 10’da sabit zamanlı röle grafiÄŸi görülmektedir. Åžekilde görüldüğü gibi zaman eÄŸrisi bir doÄŸru ÅŸeklindedir. Zaman eÄŸrisinin çalışma zamanıyla kesiÅŸtiÄŸi noktada deÄŸer sabittir. Bu nedenle çalışma büyüklüğü ne olursa olsun röle, ayarlandığı çalışma zamanında kontaklarını açar veya kapatır. Åžekilde 8 sn. olarak ayarlanmıştır.
Åžekil 10
Sabit zaman özelliÄŸi, ani çalışmalı röle ile zaman rölesinin birlikte çalışması sonucu oluÅŸur. Åžekil 11’de bu özelliÄŸi oluÅŸturan prensip devresi görülmektedir. Söz konusu ÅŸekilde, ani çalışmalı aşırı akım rölesinin kontağının kapanması durumunda zaman rölesi doÄŸru akımla beslenecektir. Çalışmaya baÅŸlayan zaman rölesi, ayarlandığı zaman sonunda kontaklarını kapatması ile gerekli iÅŸlevi gerçekleÅŸtirecek olan yardımcı rölenin beslenmesini saÄŸlayacaktır.
Åžekil 11
Görüldüğü gibi sabit zamanlı rölede çalışma zamanı, çalışma büyüklüğü ile bağımlı değildir.
Sistemimizde pek çok kullanılan RT tipi elektromekanik zaman röleleri manyetik frenleme uygulanarak kontak kapanması geciktirilmiş elektromanyetik rölelerdir.
Zaman ayarı manyetik frenlemeyi sağlayan diskin konumunu değiştirmekle yapılır. Röle üzerindeki zaman ayar skalası, bir katsayı şeklinde belirtilir ve diskin konumu, bu skala üzerindeki ayar kolunun hareketi ile değiştirilir.(Şekil 12)
Åžekil 12
Röle zaman ayarı, röle etiketinde (C) harfiyle belirtilen zaman çarpanı ile ayar kolunun karşısındaki katsayının çarpılması ile bulunur.
ÖrneÄŸin Åžekil 12’de zaman ayar kolunun karşısındaki katsayı 5’tir. Röle etiketinde belirtilen çarpan deÄŸerinin C=0.5 sn. olduÄŸunu düşünürsek; röle zaman ayarı=0.5×5=2.5 sn. dir.
3.2.b. Ters Zamanlı Röleler:
Çalışma büyüklüğünün değerine göre çalışma zamanı değişen rölelerdir. Çalışma büyüklüğünün değeri ile çalışma zamanı ters orantılıdır.
Åžekil 13’da ters zamanlı röle grafiÄŸi görülmektedir.
Åžekil 13
Grafiğe göre çalışma büyüklüğünün iki katında röle çalışma zamanını bulalım:
Çalışma büyüklüğü ayar katlarını belirten yatay eksen üzerindeki iki sayısı işaretlenir. Buradan zaman eğrisine bir dik çizilir. Bu doğrunun zaman ekseni ile kesiştiği noktadan çalışma zamanını belirten dikey eksene bir doğru çizildiğinde röle çalışma zamanı 8 sn. olarak tespit edilmiş olur. Buna göre rölenin çalışma büyüklüğün 4 katında 5 sn. de 6 katında 3 sn. de işlem yaptığı söylenebilir.
Dikkat edilirse çalışma büyüklüğü arttığında çalışma zamanı kısalmaktadır. Bilindiği gibi güç trafosundan çekilen akım arttıkça trafonun yanma zamanı kısalır. Dolayısıyla güç trafosunun daha kısa zamanda servis dışı kalması istenir. Ayrıca geçici bir arıza olacağı göz önüne alınırsa ters zamanlı röle kullanmak daha iyi bir koruma şeklini oluşturur.
Kullanılan devrenin özelliğine göre aynı çalışma büyüklüğünde farklı çalışma zamanına gerek duyulabilir. Bu nedenle ters zamanlı rölelerde zaman eğrisi sayısının arttırılması ile aynı çalışma büyüklüğünde farklı çalışma zamanları elde edilir.
Åžekil 14’te örnek alınan grafikte görüldüğü gibi iki kat çalışma büyüklüğünde rölenin 1 no’lu eÄŸrisine ayarlanması durumuna çalışma zamanı 8 sn. ise, 2 no’lu zaman eÄŸrisine ayarlanması durumunda 11 sn. dir.
Åžekil 14
Sistemimizde kullanılan ters zamanlı aşırı akım rölelerinde zaman eğrileri 1 den 10 a veya 4-8-14-20 gibi sayılarla belirtilir.
Zaman eğrisinin ve buna bağlı olarak röle çalışma zamanını değişmesi:
Karşıt momenti oluşturan yayın konumunu değiştirmekle,
Kontakların konumunu yani başka bir deyişle hareketli kontağın sabit kontağa olan uzaklığını değiştirmekle, yapılabilir.
BÖLÜM-4
ANA KORUMA RÖLELERİ
Aşırı Akım Röleleri:
4.1.a. Bağımlı Aşırı Akım Koruma Rölesi:
Bağımlı aşırı akım ile selektif korumada açma zamanları kısa devre akımı ile bağımlıdır. Bu rölelerde hem akım ayarı hem de açma zaman faktörü ayarı yapılabilir. Åžekil 15’de rölenin ters zaman karakteristiÄŸi gösterilmiÅŸtir. Rölede bulunan ani açıcı kısa devre röleleriyle bu akım zaman eÄŸrisi sınıf deÄŸeri istenilen noktada tutularak kısa devre açma zamanı istenilen milisaniyeye ayarlanabilir.
Bağımlı röleler şebeke ve motor korumalarında kullanılabilir. Kısa süre darbeli çalışan motor korumasında ve motorun demaraj akımlarına karşı korumasında en uygun röledir.
Şekil 15 Bağımlı Aşırı Akım Rölesi Ters Zaman Karakteristiği
4.1.b Bağımsız Aşırı Akım Rölesi:
Bağımsız aşırı akım rölesinde zaman ayarı, akım ayarından bağımsız olarak gerçekleÅŸtirilebilir. Bağımsız aşırı akım röleleriyle selektif koruma Åžekil 16’da gösterilen ÅŸekilde yapılır ve ayarlar için basamak zamanı 500 ms seçilir ve t1>t2>t3>t4 olacak biçimde düzenlenir. Åžekil 16’da görüldüğü gibi her noktadaki arızada, en yakın röle devreyi açar ve selektivite saÄŸlanır. Bağımsız aşırı akım röleleri ÅŸebeke, generatör ve motor koruması için kullanılır.
Bağımlı aşırı akım röleleriyle donatılmış ve şebekeden beslenen bir yüksek gerilim tesisinde bağımsız aşırı akım röleleriyle selektif koruma mümkündür bu durumda zaman ayarlarının selektiviteyi sağlayacak şekilde yapılması gerekir.
Şekil 16 Bağımsız Aşırı Akım Rölelerinde Selektif Koruma İçin Zaman Ayarı
4.1.c Termik Karakteristikli Aşırı Akım Rölesi:
Saniyeler mertebesinde ayarlanabilen bağımlı ve bağımsız aşırı akım röleleri genellikle kısa devre korumasında kullanılır. Ancak bu rölelerin düşük ayarlanması ile korunulması gerekmeyen küçük yüklerde de sık açmalarla karşılaşılır. Öte yanda dakikalar mertebesinden aşırı yükler birçok şebeke ve yüksek gerilim tesislerinde her zaman mevcuttur. Elektronik ve elektromekanik bağımlı bağımlı ve bağımsız rölelerde çekme oranı 0,9 olarak düşünüldüğünde her röle çektiği değerden %10-20 oranında daha düşük değerde bıraktığında istenmeyen açmaları önlemek mümkün değildir. Bu nedenle kısa devre röleleri oldukça yüksek akım ve küçük zaman değerlerine ayarlanmalıdır.
Bu gibi durumlarda röle karakteristiğinde görüldüğü gibi, aşırı akımdan, dakikalar mertebesinde korunurken kısa devreden milisaniyeler mertebesinde korumak mümkündür. (Şekil 17)
Şekil 17 Termik Karakteristikli Aşırı Akım Rölesi Karakteristiği
4.1.d. Yönlü Aşırı Akım Rölesi:
Tek taraflı beslenen paralel ve ring şebekelerde ve iki taraftan beslenen normal şebekelerde selektif korumayı sağlamak için aşırı akım rölelerinin akım yönüne göre fonksiyon göstermeleri gerekebilir. Paralel çalışan tesislerde ve şebekelerde bu röleleri kullanmakla kısa devre durumlarında arızalanan bölümün iki yönden beslenmesi önledir ve böylece aşırı tahribat meydana gelmez.
Şimdi aşırı akım rölelerinin şebekeye bağlantılarından söz edelim;
Aşırı akım röleleri korudukları devrenin faz akımlarını yada fazların akımlarının toplamından beslenirler. Bir aşırı akım rölesinin, akım transformatörü üzerinden beslenmesi Åžekil 18’de gösterilmiÅŸtir.
Åžekil 18
Aşırı akım röleleri korudukları sistemin özelliÄŸine göre iki yada üç faza baÄŸlanırlar. Ä°ki aşırı akım rölesinin ÅŸebekeye baÄŸlantısı Åžekil 19’da güç ünitesinin baÄŸlantısı da Åžekil 20’de gösterilmiÅŸtir.
Åžekil 19 Åžekil 20
Sekonder sargı topraklamalarının amacı, aşırı gerilimlere karşı sargıyı ve bağlı teçhizatı korumak içim yapılan emniyet topraklamasınıdır. Akımlarının akışını etkilemez.
Åžekil 19’da iki akım transformatörü ve iki röle kullanıldığı taktirde, ÅŸekilde gösterilen gibi, primer devreden geçen Ia+ Ib+ Ic=0 olmasına raÄŸmen orta fazda akım transformatörü olmadığı için Ia akımı sekonder Jb akımını dengelemez ve sonuçta; Ja+ Jc= -Jb= Jn nötr akımı akacaktır. Çünkü Ia ile Ic arasında 1200 faz farkı vardır.
4.2 Mesafe Koruma Röleleri:
Röle ile arıza noktası arasındaki uzaklık, arıza akımı ve geriliminin referans alınarak elde edilen empedansın ölçülmesi ile saptanır ve kademeli açma sağlanır. Rölede ayarlanan mesafe/zaman karakteristiğine göre; röle, uygun olan kesiciyi açtırır veya back-up koruma görevi yapar. Mesafe koruma röleleri, birkaç yerden beslenen ağ şebekelerinde, çok hızlı ve seçici çalışırlar. Yardımcı link hatlarına gerek yoktur.
Åžekil 21
Åžekil 21’de mesafe koruma rölesinin mesafe/zaman karakteristiÄŸi gösterilmiÅŸtir. A, B, C istasyonları, A’daki röleye göre Aa Ä°’nci kademe empedansını göstermektedir. A=(%85-90)AB’dir.
Bu bölgedeki arızalarda, A’daki röle t1 zamanında açma yapar ki bu zaman ani açma zamanına eÅŸdeÄŸerdir. Ãœlkemizde orta gerilim ÅŸebekelerinde mesafe koruma uygulaması genelde yoktur. Bazı özel yerlerde çok kısıtlı olarak kullanılmaktadır.
4.3 Diferansiyel Röleler:
Ä°ki veya daha fazla benzer elektriki büyüklük arsındaki fark belirgin deÄŸeri aÅŸtığı zaman çalışan rölelere diferansiyel röle denir. Åžekil 22’de basit bir diferansiyel röleyi görmekteyiz.
Şekil 22 Basit Diferansiyel Röle Tertibatı
Noktalı çizgi ile gösterilen kısım diferansiyel röle tarafından korunan elemanı temsil etmektedir. Bu eleman bir hat parçası, generatör, transformatör, bara parçası vs. olabilir. Akım transformatörlerinin sekonderleri birbirine bağlanmış ve uçları arasında herhangi bir tip AC aşırı akım rölesi bağlanmıştır. Koruma alanı sadece iki ölçü akımı noktaları arasında sınırlıdır. Bu iki nokta dışında kalan arızaları korumaz ve böylece bir aşırı akım rölesi ile birlikte tam koruma görevi görür.
Akım transformatörlerinin dışındaki A noktasına doÄŸru akımın aktığını kabul edelim. Bu nokta arıza veya yükün baÄŸlı olduÄŸu yer olsun. Bu durum Åžekil 23’te gözükmektedir. EÄŸer her iki akım transformatörünün çevirme oranı ve diÄŸer özellikleri aynı ise devrede oklarla gösterilen yönde akımlar akar ve diferansiyel rölenin çalıştırma bobininden akım akmaz.
Şekil 23 Harici Arıza veya Yük Şartı
Ä°ki akım transformatörü arasında dahili bir arıza olduÄŸunu kabul edelim. Bu durum Åžekil 24’te görülmektedir.
Şekil 24 Dahili Arıza Şartları
Dahili arızada akımların yönü değişmiştir ve akım trafolarının sekonder akımlarının toplamı çalıştırma bobininden akmaktadır. Her zaman çift yönlü kaynak bulunmayabilir bu durumda dahili arıza meydana gelirse arıza şekline göre yalnızca bir akım transformatörünün sekonderinin empedansı çalıştırma bobinininkine göre çok yüksek olduğu için primerinden arıza akımı akan akım transformatörünün sekonder akımının tamamının çalıştırma bobininden aktığı kabul edilebilir.
Diferansiyel koruma sistemini besleyen akım transformatörlerinin yapılışlarında küçük bir miktar fark bulunabilir. Bu durumda normal akımında dahi çalıştırma bobininden bir fark akım akabilir. Harici arızalarda her iki akım transformatöründen çekilen akım çok büyük olacağı için bu akımla orantılı olarak fark akım miktarı da artar ve deÄŸeri çalıştırma sınırını aÅŸtığı vakit normal tip bir aşırı akım rölesi olan çalıştırma bobini kontakları kapatarak yanlış açmalara sebep olur. Bu hatayı ortadan kaldırmak için tutucu bobin içeren diferansiyel röleler kullanılır. Bu tip bir rölenin yapısını ÅŸekil 25’te görmekteyiz. Çalıştırma bobini tutucu bobinin orta ucuna baÄŸlanmıştır. Tutucu bobinin toplam sarım sayısı N ise toplam amper sarım; I1xN/2+I2xN/2=( I1+I2)xN/2 dir.
Şekil 25 Tutucu bobinli Diferansiyel Röle
Buradan tutucu bobinden akan eÅŸdeÄŸer akımın (I1+I2)/2 ile orantılı olduÄŸu görülür. Çalıştırma bobininden akan akım ise I1-I2 ile orantılıdır. Böyle bir rölenin çalışma karakteristiÄŸi ÅŸekil 26’da görülmektedir.
Şekil 26 Tutucu Bobinli Diferansiyel Röle Çalışma Karakteristiği
Gerek yukarıda belirtilen çevirme hatalarından gerekse geçici rejimlerde çok kısa anlarda akım trafolarını normal çevirme yapmalarından dolayı fark akım primer devreden geçen akıma baÄŸlı olarak normal bir aşırı akım rölesinden ibaret olan diferansiyel röleyi çalıştırabilirdi. Bu durum Åžekil 27’de görünmektedir.
Åžekil 27 Tutucu Bobinin Diferans Devreye Etkisi
Tutucu bobin eşdeğer akımı a büyüklüğüne çıktığı zaman akım trafolarının hatasından dolayı çalıştırma bobininden geçen akım Ic dir. Fark akımla beslenen tutucu devresi olmayan aşırı akım rölesinin çalıştırma değerine eriştiği için yanlış açmalara sebep olur. Aynı tutucu akım için yüzde karakteristiği haiz yani tutucu devreli diferansiyel rölenin çalışabilmesi için Ic2 akımı gereklidir. Ve bunun genliği akım trafo hata değerinden büyük olduğu için röle yanlış çalışmaz.
Yüzdeli diferansiyel röleler ikiden fazla terminalli yerlerde kullanılabilir. Her terminal bir tutucu bobin ihtiva eder ve her tutucu bobinin eÅŸit sarım sayısı mevcuttur. Bobinler diÄŸerlerinden ayrı olarak tutucu moment meydana getirirler ve onların momentleri aritmetik olarak toplanır. Åžekil 28’te 4 tane terminalli diferansiyel röle prensibi görülmektedir.
Şekil 28 Dört Terminalli Diferansiyel Röle
Yüzdeli diferansiyel röleler genellikle ani veya yüksek süratlidirler. Devrelerde kullanılan özel filtreler ve yüzde karakteristiklerinden diferansiyel rölelerin yanlış açmaları ortadan kaldırılabildiği için zaman gecikmeli çalışmaları istenmez. Bu özelliği arızaların süratli giderilmesini temin ettiği için hasarları azaltır.
Terminal sayısı rölenin tutucu bobin sayısından fazla olduğu zaman bir tutucu bobine aynı faza ait farklı iki terminalin akım trafoları bağlanabilir. Burada tabiidir ki tutucu bobinden geçen akımların toplamı o bobinin akım taşıyabilme kapasitesini aşmamalı ve tutucu bobinlerden akan karalı hal akımlarının takriben birbirine eşit olmasını sağlamak uygun olur. Bazı çok terminalli hallerde tutucu bobin akımlarını belirli değerin altına düşürmek mümkün olmamaktadır. Bundan dolayı en iyi çözüm tarzı olarak röle sayısını arttırmak ve açma kumandalarını paralel bağlamak yoluna gidilmelidir.
Son olarak diferansiyel rölelerin yapıları ve fonksiyonları itibariyle özelliklerini ;
Trifaze röle sistemi küçük bir yapıya sahiptir,
Kısa devre akımlarına karşı iyi bir dayanım içindedirler,
Dahili hatalara karşı büyük bir duyarlılık gösteririler,
Yardımcı besleme geriliminin büyüklüğüne bağlı kalmaksızın çok kısa süren açma zamanı,
Her faz için ayrı ayrı ve mükemmel bir koruma donanımı olduğundan, asimetrik arızalarda bile sabit ve değişmeyen bir açma karakteristiği,
Açma akımının yüksek olmasında dahi açma emniyetinin sağlanmış olması,
Kendi enerji sarfiyatının minimum oluşu,
Değiştirilebilir bir yardımcı gerilim sahası,
Akım klemenslerinin otomatikman kısa devre edilmeleri suretiyle, röle kutusundan çekilebilen aktif kısmının çekilişinde herhangi bir sakıncanın mevcut olmaması,
şeklinde sıralayabiliriz.
4.4. Toprak Kaçağı Koruma Röleleri:
Åžebekede her üç fazdan geçen akımların vektörel toplamı; Ia+ Ib+ Ic≠0 ise, bu sistemde dengesizlik olduÄŸu belirlenir ve nötrden sıfır bileÅŸen akımı geçer. Ia+ Ib+ Ic= 3I0 olarak tanımlanır. Fazlardan geçen akımlar, aşırı akım rölelerini çalıştıramayacak mertebede olabilirler. Bu tip arızaların algılanması In=3I0 dengesiz akımının geçtiÄŸi ve toprak rölesi olarak adlandırılan yönsüz koruma düzeni ile olur (Åžekil 29 a, b, c). Toprak rölesinden geçecek olan dengesiz akım JTR dir.
Åžekil 29
Toprak rölelerinin çalışma ilkesi aşırı akım röleleri gibidir. Sadece akım ayar değerleri daha küçüktür. O.G. fider ve transformatörlerinin korunmasında çok yaygın olarak kullanılır.
Toprak rölelerinin bağlantıları genelde iki şekilde yapılır;
Toprak rölesinin yalnız başına Åžekil 30-a iki aşırı akım rölesiyle birlikte Åžekil 30-b ve üç aşırı akım rölesiyle birlikte Åžekil 30-c’de akım transformatörüne baÄŸlantıları gösterilmiÅŸtir.
Åžekil 30
Görüldüğü gibi, toprak rölesinin bulunduğu koruma devrelerinde, normal şartlarda toprak rölesinin bulunduğu nötrden akım geçmemesi için mutlaka üç akım transformatörü kullanmak gereklidir. Şekil 30 da görüldüğü gibi, primer polarite uçlarının hepsi, hattın aynı tarafında olmalıdır. Sekonder polarite uçları buna uygun şekilde yine aynı tarafta olmalıdır. Eğer akım girişlerinde P2 uçları polarite olarak alınmışsa, bütün P2 ve S1, uçları P1, S1 sistemine benzer şekilde bağlanmalıdır. Polariteler gelişigüzel bağlanırsa, sekonder devrenin nötründen dengesiz akım geçerek toprak rölesini yalnız yere çalıştırabilir.
Kablo ÅŸebekelerinde hassas bir toprak koruma tertibi için toroidal yapıda akım transformatörü kullanılır. Ia+ Ib+ Ic≠0 olması durumunda toprak rölesinden akım geçecektir. Åžekil 31’de görüleceÄŸi gibi, kabloda her faz ayrı ya da üç faz bir arada olsun, ÅŸilt topraklama iletkeni, torun içinden geçirilerek topraklanmalıdır. Bu iletken dışarıdan geçirilirse, ÅŸebekede oluÅŸacak faz-toprak arızalarının kaçak akımları,saÄŸlam fazdaki dengeyi bozarak, toprak rölesini yanlış yere çalıştırabilir.
Åžekil 31
Åžekil 32’de verilen aşırı akım rölesinin koruduÄŸu bölümün empedansı Zr, solundaki kaynağın (sistem) empedansı Zs ile gösterilmiÅŸtir. Korunan bölümün sonundaki I nolu arızada, kısa devre arıza akımı;
Åžekil 32
Büyükse (Zr/ Zs deÄŸeri ne kadar küçükse), ters zamanlı röle kullanmak, teçhizatı daha iyi koruma yönünden yararlıdır. Bunlar için kesin bir kriter yoktur. Güçlü ÅŸebekelere baÄŸlı (Zs’in küçük olması) uzun hatlar veya küçük güçteki transformatörlerin, başında ve sonunda oluÅŸacak arızaların örneÄŸin Zr/ Zs >0.5 için her iki akımın oranı 1.5 deÄŸerini aÅŸar. EÄŸer ÅŸebeke zayıf ise ( Zs büyük) Zr/ Zs>2 olması halinde, arıza akımlarının deÄŸeri pek deÄŸiÅŸmez. Bu taktirde daha ucuz ve basit zamanlı röle kullanmak yararlı olur. Çünkü röleden geçen akım, fazla deÄŸiÅŸiklik göstermez.
4.5 Gerilim Röleleri
4.5.a Aşırı Ve Düşük Gerilim Rölesi:
Aşırı ve düşük gerilim rölesi alçak gerilim sistemlerinde, sistemi aşırı ve düşük gerilimlerin neden olabileceği hasar ve tahribata karşı koymak amacı ile kullanılır. Çalışma prensibi;
Åžekil 34’te rölenin baÄŸlantı ÅŸekli ve blok ÅŸeması görülmektedir. Rölenin koruduÄŸu sistemin;
Faz-faz arası gerilimi
Faz-nötr gerilimi ile çalışır.
Åžekil 34
GiriÅŸ Gerilim
100V AC
220V AC
380V AC
Düşük Gerilim Ayar Değeri
85V AC
185V AC
320V AC
Aşırı Gerilim Ayar Değeri
110V AC
240V AC
420V AC
Tablo 1
GiriÅŸ gerilimi aynı anda hem doÄŸrultulur hem de elektronik devrelerin kullanabileceÄŸi bir seviyeye (2-3V) indirilir. GiriÅŸ gerilimi ile orantılı bu bilgiler iki gerilim karşılaÅŸtırıcısına gönderilir. Bu karşılaÅŸtırıcılardan biri aşırı gerilim, diÄŸeri düşük gerilim karşılaÅŸtırıcısıdır. Her karşılaÅŸtırıcının ayar deÄŸeri sabit olup Tablo 1’de verilmiÅŸtir. Bununla beraber düşük gerilim, nominal gerilimin %70’inden daha küçük, aşırı gerilim deÄŸeri de nominal gerilim deÄŸerinin %120’sinden daha büyük olmamak koÅŸulu ile isteÄŸe göre de ayarlanabilmektedir.
KarşılaÅŸtırıcıların çıkışı bir “veya” kapısına verilmiÅŸtir. “Veya” kapısı da bir yardımcı röleyi enerjilemektedir. GiriÅŸ gerilimi düşük gerilim ayar deÄŸerinden daha küçük ise veya aşırı gerilim ayar deÄŸerinden daha büyükse düşük veya aşırı gerilim karşılaÅŸtırıcısının çıkışı “1” olarak “veya” kapısının yardımcı rölenin enerjilenmesini saÄŸlar. Böylece korunmakta olan sistem devre dışı bırakılmış olur.