Özet:
Güç sistemlerinde arıza akımlarını izin verilen güvenli düzeye düşürebilmek için
çeşitli arıza akımı sınırlama yöntemleri ve cihazları geliştirilmektedir. Bu tez
çalışmasında, özgün bir seri-paralel rezonans tipi katı hal arıza akımı sınırlayıcı
devre (SPR-AAS) önerilmektedir. Normal çalışma koşullarında, SPR-AAS’nin seri
rezonans ile sistemde yer alması sağlanarak, üzerinde gerilim düşümü ve güç
kaybının oluşması önlenmektedir. Kısa devre arıza akımlarını, arızanın ardından
seri rezonans durumundan çıkıp paralel rezonans empedansını sisteme dahil
ederek sınırlamaktadır. Aynı zamanda, ikinci işlevi olarak arıza anında ortak kuplaj
noktasında (OKN) oluşan gerilim düşüşlerini önleyerek, nominal değerine yakın bir
seviyede kalmasını sağlamaktadır. 20 kV’luk gerilim düzeyine sahip iki baralı bir güç
sisteminde SPR-AAS’nin uygulanması, PSCAD/EMTDC programında oluşturulan
simülasyon modeli ile analiz edilmiştir. Önerilen SPR-AASliteratürdeki diğer paralel
rezonans tipi sınırlayıcılar ile arıza akımı sınırlama kapasitesi, OKN gerilim
kararlılığına katkı, üzerlerinde oluşan anlık güç kayıpları ve enerji tüketimleri ile
yarıiletken anahtarlarının maruz kaldığı maksimum gerilim ve akım düzeyleri
bakımından mukayese edilmiştir. Etkin performansı ortaya konan SPR-AAS’nin,
fazlar arası 380 V gerilim seviyesi için üç fazlı prototip uygulaması
gerçekleştirilmiştir. Üç faz, üç faz-toprak, iki faz-toprak ve faz-toprak arızalarının
gerçekleştirildiği test devresinde, SPR-AAS %78,21 - %85,69 aralığında değişen
oranlarda arıza akımlarını sınırlamıştır. Test devresi simülasyonu ve uygulamadaki
arıza akımı sınırlama oranlarının üç faz ve üç faz-toprak arızalarında ihmal
edilebilecek kadar yakın olduğu, faz-toprak arızasında %1,09 ve iki faz-toprak
arızasında ise %2,03’lük bir farkın oluştuğu görülmüştür. SPR-AAS’nin güç sistem
uygulamalarında, sistemde yer alan tüm baralarda arıza akımını belirlenen kritik
seviyenin altına düşürebilmek için kullanılması gereken sınırlayıcı sayısı, boyutu ve
konumlarının belirlenebilmesi amacıyla bir optimizasyon algoritması geliştirilmiş
ve IEEE’nin 9 baralı sisteminde analiz edilmiştir. Önerilen SPR-AAS’nin basit ve
ekonomik yapısı, kolay kontrol edilebilmesi ve arıza akımlarını sınırlama
performansı ile OKN gerilimi üzerindeki etkisi göz önüne alındığında, güç
sistemlerinde uygulanabilir bir sınırlayıcı olduğu sonucuna varılmıştır.
