Güç sistemlerinde arıza akımı sınırlayıcıların etkilerinin analizi

Abstract

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.